초록 ▼

◻ 연구개요
인간의 운동은 뇌에서 발생된 신경 신호가 근육에 전달되어 근골격계를 움직이는 원심성 구동과, 운동 중 다양한 감각 기관으로부터 인지되는 감각 신호가 뇌로 피드백 되는 구심성 감각 피드백의 폐루프로 완성된다. 하지만, 현존하는 대부분의 재활로봇 장치는 근골격계를 움직이는 구동 메커니즘 및 제어에 집중되어 있고, 상지 재활의 경우 팔과 손의 운동이 함께 이루어져야 함에도 불구하고 팔과 손을 동시에 움직일 수 있는 상지 재활 로봇 시스템이 개발되지 못했다.
따라서, 본 연구에서는 뇌손상 장애를 갖는 사람들의 혁신적

◻ 연구개요
인간의 운동은 뇌에서 발생된 신경 신호가 근육에 전달되어 근골격계를 움직이는 원심성 구동과, 운동 중 다양한 감각 기관으로부터 인지되는 감각 신호가 뇌로 피드백 되는 구심성 감각 피드백의 폐루프로 완성된다. 하지만, 현존하는 대부분의 재활로봇 장치는 근골격계를 움직이는 구동 메커니즘 및 제어에 집중되어 있고, 상지 재활의 경우 팔과 손의 운동이 함께 이루어져야 함에도 불구하고 팔과 손을 동시에 움직일 수 있는 상지 재활 로봇 시스템이 개발되지 못했다.
따라서, 본 연구에서는 뇌손상 장애를 갖는 사람들의 혁신적 재활 치료를 위해 원심성 운동의도와 구심성 감각 피드백을 모두 구현하여 착용시 일체감이 증강되고 팔과 손을 동시에 구동 가능한 착용형 상지 재활 시스템의 개발 및 평가를 목표로 한다.

◻ 연구 목표대비 연구결과
1. 개인 관절 특성이 반영되어 착용감이 뛰어나고 팔과 손을 동시에 구동할 수 있는 개인 맞춤형 상지 재활 운동 보조 하드웨어 개발
- 손목과 손가락의 경직도를 정량적으로 측정할 수 있는 시스템을 개발하고, 개인 맞춤형 상지 재활 보조력을 제공할 수 있는 가변 강성 기반 착용형 로봇을 제작하여 목표를 모두 완수하였다.
2. EEG 및 대면적 sEMG 기반 정밀 동작 의도 인식 시스템 개발
- EEG와 대면적 sEMG 기반 실시간 의도 파악 알고리즘을 개발하고, 알고리즘의 구현이 가능한 하드웨어/소프트웨어 플랫폼을 구축하였다. 의도인식 시스템의 성능을 건강인 및 환자를 대상으로 평가하여 목표를 모두 완수하였다.
3. 고유수용성 감각의 구심성 피드백을 구현하기 위한 운동 감지 알고리즘 개발 및 구심성 감각 전달 시스템 개발
- 착용형 센서와 설치형 센서 기반 상지 관절 운동 감지 알고리즘과 고유수용성 감각의 구심성 피드백을 위한 전기 및 진동 자극 시스템을 개발하여 목표를 모두 완수하였다.
4. 원심성 구동 및 구심성 감각 피드백의 폐루프 제어가 통합된 상지 재활 시스템 구축 및 효과 검증
- 진동 피드백을 통해 고유수용성 감각 정보 전달 및 피드백에 대한 응답 오차를 정량적 지표로 분석을 진행하고, 통합된 상지 재활 시스템의 성능 평가 실험을 수행하여 목표를 모두 완수하였다.

◻ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
기존의 소프트 웨어러블 수트는 근육이나 관절 각도에 따라 움직임을 보조할 수 있는 힘을 가해 착용자의 움직임 효율을 향상시키지만, 적절한 피드백이 없기 때문에 뇌가소성이 강화되는 것을 기대하기 어려웠다. 하지만, 본 연구에서 개발하는 상지 재활 시스템은 고유수용성 감각을 이용한 피드백 기술을 접목함으로써 뇌가소성을 강화하고 재활 효과를 증진시킬 수 있을 것으로 기대된다.
또한, 개인별 관절 특성에 최적화된 구동부 설계와 동작 의도를 파악하는 알고리즘, 신축성 소재 및 가변 강성 디자인을 적용하여, 사용자의 움직임을 방해하지 않으면서도 자연스럽게 일체감을 증강시킬 수 있다. 본 연구에서 개발하는 재활 시스템의 효과를 임상실험을 통해 검증하였다. 이는 세계시장에서의 기술 선점을 통해 경제적으로 높은 이익을 창출할 수 있을 것이다. 일체감을 증강시킴으로써 재활의 극대화를 이루어 개인적/국가적 의료비용이 절감될 수 있을 것이며, 재활 분야뿐만 아니라 스포츠, 작업현장보조와 같은 분야에서도 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구 목표 ... 4
• 나. 연구의 필요성 ... 4
• 다. 연구가설 및 도출근거 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 가. 개인 맞춤형 상지 재활 운동 보조 하드웨어 개발 ... 6
• 나. EEG 및 대면적 sEMG 기반 정밀 동작 의도 인식 시스템 개발 ... 6
• 다. 운동 감지 알고리즘 개발 및 구심성 감각 전달 시스템 개발 ... 6
• 라. 원심성 구동 및 구심성 감각 피드백의 폐루프 제어가 통합된 상지 재활 시스템 구축 및 효과 검증 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 7
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 7
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• 3) 목표 달성 수준 ... 17
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 17
• 가. 기술적 파급효과 ... 17
• 나. 사회적 파급효과 ... 17
• 다. 경제적 파급효과 ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 가. 성과 관리 추진 체계 ... 18
• 나. 연구개발 성과의 활용 분야 및 활용방안 ... 18
• 다. 추가연구의 필요성 ... 18
• 라. 타 연구에의 응용 ... 18
• 6. 자체점검표 ... 19
• 7. 참고문헌 ... 19
• 끝페이지 ... 37