미국 미시간 기술 대(Michigan Technological University)의 공학자들이 어디로 가고 있는지를 볼 수 있게 하는 로봇 의족을 가능케 하는 컴퓨터로 제어되는 카메라를 개발하였다.
미국 미시간 기술 대의 기계공학자인 모 라스트가(Mo Rastgaar)는 더 나은 로봇 의족을 개발하는 데에 있어 큰 걸음을 디딜 만반의 태세를 갖추고 있다.
모 라스트가 연구팀은 이미 자연스러운 걸음걸이에 필적할 운동 범위를 제공하는 시작품을 개발하였다. 다음 단계로 연구팀은 로봇 의족에 무엇인가 다른 어떤 것을 부여하려는 목표를 가지고 있다. 그것은 바로 눈이다.
▲ A portable computer-controlled actuator that can be carried in a pocket can help this robotic prosthetic ankle "see" where it is going. Credit: Image courtesy of Michigan Technological University
“우리는 인공 시각 시스템을 개발하고 있다"고 모 라스트가가 말했다. 핵심 부품은 저가의 카메라와 컴퓨터로 제어되는 구동기이다. 여기서 컴퓨터로 제어되는 구동기는 케이블 시스템을 통하여 로봇 의족의 발목 위치를 조절한다.
“카메라는 지면의 윤곽을 식별할 수 있으며, 컴퓨터는 착용자가 다리를 어떻게 움직일 것인가에 기초하여 다음의 발자국이 어디에 내디뎌질지를 알게 될 것이다. 그리하여 컴퓨터는 카메라로부터의 정보를 분석하고, 당신이 생물학적인 발과 발목으로 수행하는 것과 똑같이 로봇 발목에 정확한 각도 및 강성을 부여할 것”이라고 모 라스트가가 설명하였다.
이런 식으로 착용자가 계단을 오르든지, 도로 상의 움푹 팬 곳을 성큼성큼 걷든지 로봇 발목은 다양한 상황에서 정확하게 적응할 수 있다.
또한, 모 라스트가 연구팀은 구동기의 설계를 정교화하여서 더 가볍고 더 유선형으로 만들었다. 로봇 의족은 자전거의 브레이크 케이블과 유사하게 케이블을 이용하여 움직이기 때문에 구동기는 착용자가 매 걸음마다 이동시켜야 하는 로봇 의족에 설치될 필요가 없다. 대신에 구동기는 예를 들어 주머니에 넣고 다니거나, 지퍼 달린 작은 주머니를 이용하여 휴대할 수 있다.
“또한, 이 새로운 구동기 시스템은 쉽게 제거될 수 있을 것이다. 따라서 착용자는 자신의 필요성에 따라 사용하거나 사용하지 않을 수 있다. 만약 착용자가 집안에 머물 예정이라면, 수동 의족을 착용하여 집안을 돌아다니는 것이 더 간단할 것”라고 모 라스트가가 말했다.
종국적으로 이러한 로봇 발목이 연구실에서 나와 보도에서 실제 사용될 수 있기를 모 라스트가는 희망하고 있다. “언젠가 이것이 시장에서 팔려서 사람들을 실제로 돕게 될 수 있기를 희망한다”고 모 라스트가가 말했다.
이 연구는 미국 국립 과학 재단(NSF: National Science Foundation)으로부터 5개년간의 신진교수 경력 개발 프로그램(CAREER: Faculty Early Career Development)에 의하여 부분적으로 지원되고 있으며, 이 기술에 대하여 예비출원(provisional application)이 수행되었다.
미국에서 예비출원은 출원일을 우선 확보하기 위하여 행하는 출원으로, 예비출원에 대해서는 실체심사가 이루어지지 않으며, 예비출원일로부터 12개월이 지나도록 정규출원이 이루어지지 않으면 포기한 것으로 자동 간주된다. 정규출원(non-provisional application)은 특허획득을 위해 통상적으로 수행하는 출원 절차를 의미하며, 선서(oath) 또는 선언서(declaration), 명세서(specification), 특허청구범위(claims), 정보공개 진술서(information disclosure statement, IDS) 등의 제출이 요구된다.
이 연구에는 모 라스트가 이외에도 미시간 기술 대의 기계공학과 조교수인 니나 마모우디언(Nina Mahmoudian), 박사 후보인 에반드로 피칸하(Evandro Ficanha), 박사 과정생인 구이헤르메 리베이로(Guilherme Ribeiro), 미국 미네소타 주의 메이요 의료원(Mayo Clinic)에서 생체 역학 및 운동 분석 연구소의 교수이자 책임자인 켄톤 카프만(Kenton R. Kaufman), 미국 매사추세츠 공대(MIT)의 생체 역학 및 인간 재활 연구소(Newman Laboratory for Biomechanics and Human Rehabilitation)의 교수이자 책임자인 네빌 호간(Neville Hogan) 등이 참여하고 있다.
