삼성 기부로 가능해진 직물 같은 외골격, 사람들에게 새로운 힘을 선사

그 직물은 옷처럼 입는 방식으로 사용된다. 그러나 일반 의류와 달리, 착용자가 최대 15킬로그램(33파운드)까지 들어 올릴 수 있게 해준다. 희귀한 근육 질환을 가진 청소년들에게 이 직물은 끊임없는 보조에 의존하는 것과 스스로 일상 업무를 수행할 수 있는 것 사이의 차이를 만들어낼 수 있다.

이 기술은 사람의 머리카락보다 가는 실들로 만들어져 있으며, 진행성 근육 약화를 겪는 이들을 돕기 위해 설계된 차세대 착용 로봇의 한 축으로 한국에서 시험 중이다.

이 프로젝트는 2021년 5월에 시작된 ‘소아암 및 희귀질환 프로젝트’의 지원을 받고 있으며, 이는 고(故) 이건희 삼성 회장 가족이 기부한 3천억 원의 기부금으로 뒷받침된다(약 2억 4천만 달러).

올해 고등학교에 입학하게 되는 15세 명하율은 이 약속이 특별히 마음에 와닿는다. 그는 초등학교 시절 Duchenne 근육 디스트로피로 진단받았는데, 이는 드물고 치료가 불가능한 질환으로, 신체의 전반적인 근육을 점진적으로 약화시킨다.

현재 명은 이동 수단으로 동력 휠체어를 사용하고 있으며, 일상 활동을 위해 개인 간호 보조인에게 의존하고 있다. 그럼에도 불구하고 중학교를 마쳤고 고등학교를 준비 중이며, 질병이 진행될수록 양치질이나 빗질과 같은 평범한 움직임이 점점 어려워질 수 있다는 의사들의 경고에도 불구하고 이를 이어가고 있다.

최근에는 어깨 움직임을 보조하는 로봇 외골격의 임상시험에 참여했다.

“입고 다니기 쉽고 가벼워 옷처럼 느껴졌기 때문에 놀라웠다”고 그는 말했다. “팔을 더 적은 힘으로 들어 올릴 수 있었다.”

착용형 로보틱스의 도움으로 보다 독립적인 미래를 상상하고 있다.

“아프거나 고통받는 사람들에게 희망을 주는 목사가 되고 싶다”고 그의 소망을 밝히며 말했다.

로봇의 핵심 구성 요소는 연구자들이 ‘근육 직물’이라고 부르는 것이다. 한국산 기계 및 재료 연구소(KIMM)의 수석 연구원 박철훈이 이끄는 팀은 형상 기억 합금으로 된 코일 형태의 실을 자동으로 직조하는 방법을 개발했으며, 각 실의 두께는 인간의 머리카락의 4분의 1에 불과하다.

그 결과로 만들어진 직물은 인공 근육처럼 작동한다. 무게가 겨우 10그램에 불과하지만, 10~15킬로그램까지 들어 올릴 수 있어, 인간의 움직임을 보조하는 착용 로봇에 동력을 제공할 수 있다.

전통적인 착용 로봇은 모터나 공압 시스템에 의존하는 경우가 많아 무겁고 소음이 큰 편이다. 실제 환경에서 이들은 보통 한 개의 관절만 보조하는 경향이 있다. 예를 들어 팔꿈치 하나를 돕는 정도다. 반면 근육 직물은 가볍고 유연하게 남아 몸과 함께 자연스럽게 움직일 수 있다.

직물을 이용해 연구진은 팔꿈치, 어깨, 허리를 동시에 지지하는 로봇 외골격을 만들어 근육 사용을 40% 이상 감소시켰다.

의료 시험에서도 이 기술의 가능성이 입증되었다. 서울대병원 재활의학과의 임상 연구를 이끈 이우형 교수 연구진은 Duchenne 근육 디스트로피 및 다른 근육 약화 질환을 가진 환자들에 대해 임상 시험을 실시했다.

어깨 보조 로봇을 착용한 환자들—무게가 단지 840그램에 불과하고 세계에서 가장 가벼운 기종으로 여겨진다—은 어깨 가동 범위를 평균 57% 이상 향상시켰다. 이전에 상당한 힘이 들거나 간병인의 도움이 필요한 칫솔질, 식사, 머리 빗질 등의 작업이 더 쉽다고 보고되었다.

“기존의 보조기나 로봇은 무겁고 값비싸서 일상 생활에서 사용하기가 어렵다”고 이 교수는 말했다. “가장 큰 성과는 환자들이 옷처럼 입고 벗을 수 있으면서도 적극적인 근육 보조를 받아 실제 기능 개선으로 이어진다는 점이다.”

그는 이 기술이 나이가 들수록 근육 약화가 나타나는 노인들에게도 혜택을 줄 수 있다고 말했다.

이 로봇 외골격은 연구소의 ACE 프로그램과 산업통상자원부가 추진하는 핵심 로봇 기술 이니셔티브를 통해 개발되었다. 임상 연구는 이건희 소아암 및 희귀질환 프로젝트의 지원을 받았다.

희귀질환은 비교적 적은 수의 환자 집단에 영향을 미치기 때문에 관련 연구가 자금을 확보하는 데 종종 어려움을 겪는다. “일상 생활에서 바로 도움을 주는 연구를 수행할 수 있었다는 점이 의미 있었다”고 이 교수가 말했다.

또한 비용도 이 프로젝트가 주목받는 이유 중 하나다. “시중에서 판매되는 가장 저렴한 능동형 착용 로봇조차도 수백만 원에 이르는 반면, 일부 의료 기기는 수천만 원에서 수억 원에 이르는 경우가 있다”고 박 교수는 말했다.

연구팀은 이 기술을 야외 의류처럼 쉽게 접근 가능하도록 만들 계획이다. “자동적 직조를 통해 수십만 원대의 가격으로 상용화를 목표로 하고 있다”고 박 교수는 말했다.

또한 연구진은 더 강력하면서도 더 가벼운 버전의 로봇을 개발하고 다리와 허리 등 신체의 다른 부위를 보조하도록 그 사용 범위를 확장할 계획이다.

BY RHEE ESTHER [
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