[논문]재활로봇의 기술 동향

송원경

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정보와 통신 : 한국통신학회지 = Information & communications magazine, v.33 no.8, 2016년, pp.10 - 18

초록
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재활로봇은 최근 기술적 성장과 임상 수요를 통해 시장을 만들어 가고 있다. 재활로봇은 1990년대 일상생활보조를 바탕으로 연구개발 및 제품화가 진행되었다. 2000년대에 들어서면서 치료현장에서 재활로봇이 적용되기 시작하였다. 척수손상과 같은 마비환자의 보행재활을 시작으로 대상군의 규모가 더 큰 뇌졸중에 재활로봇이 활용되고 있다. 재활로봇은 많은 횟수의 훈련이 가능할 뿐만 아니라 치료 수준을 균일하게 할 수 있다. 최근 기술적 이슈인 (1) 경량화, (2) 재료의 변화, (3) 의도파악, (4) 인간-로봇 상호작용 관점의 피드백에 대해 살펴본다. 추가적 최근 시장에서의 경쟁이 심화하는 하지 외골격 로봇에 대해 현황을 살펴본다. 재활로봇 분야는 절대 강자가 없는 다양성이 강한 시장이다. 재활로봇의 임상진입을 위한 중개연구, 시장 보급을 위한 시범보급이 추진을 바탕으로 진행되고 있다.

AI 본문요약
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문제 정의

국제적으로도 수술 로봇과 비슷하게 재활로봇을 사용하는 병원은 최고급 병원으로 인식되고 있다. 본 고에서는 다양한 기술적 이슈에 대해 살펴보았다. 대표적으로 경량화, 재료의 변화, 의도인식, 사용자 상호작용 관련 피드백에 대해 살펴보았다.
후진국은 필요는 높으나 실제 보급은 3% 내외로 현저히 떨어지는 것이 현재 상황이다. 세계적으로 가장 높은 수요를 가진 Most Essential Assistive Product를 선정하여 저렴하게 보급하고자 한다. 최근 50개의 보조기구(Priority Assistive Products List)를 선정하였다[30]<그림 11>.
이 글에서는 대표적인 재활로봇을 중심으로 기술적인 이슈, 외골격 로봇 경쟁 현황, 표준화를 포함한 정책적 이슈를 주로 살펴보고자 한다. 향후 발전적 관점에서의 재활로봇에 대한 제언하고자 한다.

가설 설정

즉, 단순히 로봇을 이용하여 보행훈련을 시킴으로써 뇌를 자극하는 상향식 접근방식(bottom-up approach)만으로는 재활효과를 충분히 얻기 어려울 수 있다. 사용자의 의도에 의한 뇌신호에 따라 로봇의 보행훈련 동작을 제어하는 하향식 접근방식(top-down approach)을 더하여 로봇과 탑승자 사이의 닫힌 루프(closed loop)를 형성하면 뇌 가소성을 촉진하여 보행 재활 효과를 높일 수 있을 것이라는 가설이 있다[18]. 이러한 하향식 접근방식을 구현하기 위하여 로봇 탑승자의 보행의도를 파악하는 연구가 진행되고 있다[14]<그림 7>.
따라서 이에 대한 정보공유 및 국내업체와 관련 기관의 대응이 필요하다. 핵심적 필수 보조기구는 관련 보조기구 시장에 영향을 끼치게 될 것이다. 보조기구의 일종으로 볼 수 있는 재활로봇의 일부도 영향을 받을 수 있으므로 지속적 관심이 필요하다.

제안 방법

스마트폰을 기반으로 한 청각 자극 모듈은 휴대하기 쉽고, 간단히 구성할 수 있고, 다양한 청각 자극이 가능하다[22]. 15명의 뇌졸중 장애인을 대상으로 속도(velocity, 거리/시간), 보행률(cadence, 단위 시간당 보행 수), 활보장(stride length, 한쪽 발뒤꿈치에서부터 다시 같은 쪽 발뒤꿈치 닿기까지의 동작 거리), 보폭(step length, 한쪽 발뒤꿈치 닿기부터 반대쪽 발뒤꿈치 닿기까지의 동작 거리), 보행주기(gait cycle)의 변화를 살펴보았다. 구체적으로, 편한 걸음 속도를 기준으로 -10%, -5%, 0%, +5%, +10%의 5종류의 속도에 따라 보행의 변화를 살펴보았다<그림 10>.
15명의 뇌졸중 장애인을 대상으로 속도(velocity, 거리/시간), 보행률(cadence, 단위 시간당 보행 수), 활보장(stride length, 한쪽 발뒤꿈치에서부터 다시 같은 쪽 발뒤꿈치 닿기까지의 동작 거리), 보폭(step length, 한쪽 발뒤꿈치 닿기부터 반대쪽 발뒤꿈치 닿기까지의 동작 거리), 보행주기(gait cycle)의 변화를 살펴보았다. 구체적으로, 편한 걸음 속도를 기준으로 -10%, -5%, 0%, +5%, +10%의 5종류의 속도에 따라 보행의 변화를 살펴보았다<;그림 10>. 청각 자극의 변화에 따라 보행의 변화를 관찰할 수 있었다.
본 고에서는 다양한 기술적 이슈에 대해 살펴보았다. 대표적으로 경량화, 재료의 변화, 의도인식, 사용자 상호작용 관련 피드백에 대해 살펴보았다. 하지 외골격 재활로봇을중심으로 시장의 경쟁상황도 살펴보았다.
로봇을 이용하여 손으로 로봇 말단부를 잡고 뻗기 운동을 4주 동안 실시하였다. 이 결과를 통하여 팔의 움직임 속도가 향상되는 것을 관찰하였다.
대표적으로 경량화, 재료의 변화, 의도인식, 사용자 상호작용 관련 피드백에 대해 살펴보았다. 하지 외골격 재활로봇을중심으로 시장의 경쟁상황도 살펴보았다. 전세계적으로 IEC/ISO가 추진하는 의료로봇 국제표준화가 진행되고 있다.

대상 데이터

반면 뇌졸중으로795,000명이 고통받고 있다. 전세계적으로는 1700만 명이 사용대상자가 된다. 하지 외골격로봇 시장의 경쟁은 성능 경쟁뿐만 아니라 적응증 확대 경쟁도 진행되는 것을 주목할 필요가 있다.
장애인·노인 등을 위한 보조기기 지원 및 활용촉진에 관한 법률은 법정장애인의 범주가 확대되고 고령화 사회로 급속하게 진입하고 있고, 장애인 등의 장애를 예방/보호하고 활동을 보조하는 보조기기를 필요로 하는 인구가 계속 증가한다는 것을 배경으로 한다. 지원대상은 등록장애인과 노인이다. 노인은 노인장기요양보험법에 따른 65세 이상의 노인 또는 65세 미만의 자로서 치매·뇌혈관성 질환 등 노인성 질병을 가진 사람을 의미한다.
세계적으로 가장 높은 수요를 가진 Most Essential Assistive Product를 선정하여 저렴하게 보급하고자 한다. 최근 50개의 보조기구(Priority Assistive Products List)를 선정하였다[30]<그림 11>.
동반자는 특별한 훈련을 받은 배우자나 간병인을 의미한다. 하지마비 척수손상 장애인이 사용대상자이다. 미국에는 완전 또는 불완전마비를 가진 척수손상이 200,000명가량 있다고 알려져 있다.

성능/효과

이 결과를 통하여 팔의 움직임 속도가 향상되는 것을 관찰하였다. 운동을 시작하기 전 (pre-test), 2주 후 (after 2 weeks), 4주 후 (after 4 weeks)에서 움직임 속도가 유의하게 향상되었다<;그림 5>. 뻗기 동작은 목표물의 위치에 영향을 받게 된다.
로봇을 이용하여 손으로 로봇 말단부를 잡고 뻗기 운동을 4주 동안 실시하였다. 이 결과를 통하여 팔의 움직임 속도가 향상되는 것을 관찰하였다. 운동을 시작하기 전 (pre-test), 2주 후 (after 2 weeks), 4주 후 (after 4 weeks)에서 움직임 속도가 유의하게 향상되었다<그림 5>.

후속연구

향후 실험실 환경에서 가정환경으로 확장될 것으로 기대된다. 뇌에서 깨끗한 신호를 획득하기 위하여 전극의 이식을 포함한 다양한 시도가 진행될 예정이다. 유럽에서는 뇌-컴퓨터 인터페이스와 관련하여 향후 20년 동안의 계획[20]을 발표한 바 있다<그림 8>.
이 외에도 재활로봇과 관련하여 지속적인 중개연구, 시범적 보급, 공적급여, 건강보험지원, 이 과정을 뒷받침할 법제도 개선의 필요하다.
(1) 장애인 건강보건관리종합계획의 수립, (2) 장애인 건강관리사업, (3) 중앙장애인보건의료센터로 구성된다. 장기적 관점에서 재활보조로봇을 포함한 재활보조기구의 연구개발 및 그 결과의 임상 적용 등 활성화를 통해 실제 장애인의 건강 관련 서비스로 연결된다면 산업적, 복지적 관점에서 중요한 이바지를 할 것으로 기대된다.
더욱 많은 로봇 관련 기술이 재활분야에 적용되면서 임상에 연결될 것이다. 향후 다양한 사용대상자의 증가로 시장형성이 기대된다. 재활로봇 분야는 기술개발과 임상연구, 보험 등 법 제도가 보조를 맞추어야 한다.
다양한 기술이 재활서비스로 연결되기를 기대한다. 향후 다양한 재활로봇의 정보를 통합적으로 사용하여 데이터를 기반으로 핵심정보를 추출하여 더욱 효과적으로 적용할 수 있는 근거를 마련할 수 있을 것으로 기대된다.
이 글에서는 대표적인 재활로봇을 중심으로 기술적인 이슈, 외골격 로봇 경쟁 현황, 표준화를 포함한 정책적 이슈를 주로 살펴보고자 한다. 향후 발전적 관점에서의 재활로봇에 대한 제언하고자 한다. 2장에서는 재활로봇의 기술적 이슈인 경량화, 재료의 변화, 의도파악, 상호작용 관점의 피드백을 중심으로 살펴본다.
뇌-컴퓨터 인터페이스는 변경/복원/증가/향상/연구의 분야에서 다양한 시도가 진행되고 있다. 향후 실험실 환경에서 가정환경으로 확장될 것으로 기대된다. 뇌에서 깨끗한 신호를 획득하기 위하여 전극의 이식을 포함한 다양한 시도가 진행될 예정이다.
보폭에 대한 대칭성(symmetry ratio)은 0%와 훈련 후에서 가장 개선되는 경향을 보였다[22]. 향후 청각 자극도 왜곡을 통해 보행 대칭성을 개선하는 데 기여하고자 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	WHO에서 재활은 무엇으로 정의하였는가?	인간은 질환, 외상, 또는 노화로 신체적 기능이 떨어지게 되고 독립적인 일상생활을 유지할 수 있는 능력이 감소하게 되므로 개개인의 남아 있는 신체적, 정신적 능력을 최대한 회복시키거나 유지하는 과정이 필요하다. 세계보건기구(WHO, World Health Organization)는 재활을 최적의 신체적, 감각적, 지능적, 심리적, 사회적 수준으로 향상하고 유지하는 과정으로 정의하였다[1].
	ReWalk는 무엇으로 구성되어 있는가?	미국에는 완전 또는 불완전마비를 가진 척수손상이 200,000명가량 있다고 알려져 있다. ReWalk은 다리와 상체의 일부를 지지하는 금속 브레이스, 엉덩이, 무릎, 발목에 움직임을 제공하는 모터, 기울임(tilt) 센서, 컴퓨터와 전기공급장치를 가진 배낭으로 구성되어 있다. ReWalk은 보행, 기립, 의자에서 앉고 서기 동작에 있어 추가적인 안정성(stability)을 제공하기 위해서 양손에 지팡이를 사용한다.
	경량화 이슈의 대표적인 사례는 무엇인가?	사람을 대상으로 하는 기기는 항상 경량화 이슈를 가져 왔다. 핸드폰, 노트북 PC를 비롯하여 다양한 휴대형 기기가 대표적 사례이다. 로봇분야도 자중 대비 출력에 대한 이슈를 가지고 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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