산업용 외골격 파워 슈트 미래 작업복

외골격 파워 슈트는 착용자의 근력과 지구력을 향상해 주는 착용형 로봇 장비입니다. 다양한 분야에서 활용될 수 있지만, 특히 산업용으로 많은 장점을 가지고 있습니다. 외골격 파워 슈트의 정의와 종류, 산업용 적용 사례와 효과, 기술 발전 동향과 시장 전망 등에 대해 알아보겠습니다.

 

 

외골격 파워 슈트의 정의와 종류

외골격 파워 슈트는 사람의 신체를 감싸는 외부 프레임에 모터나 액추에이터 등의 구동부를 부착하여 인공적으로 힘을 더해주는 장치입니다. 외골격 파워 슈트는 착용자의 움직임을 감지하고 인공지능이나 컴퓨터가 제어하는 방식으로 작동합니다. 외골격 파워 슈트는 크게 무동력 외골격과 동력 외골격으로 나뉩니다. 무동력 외골격은 구동부가 없고 팔이나 다리 등에 탄성 재료나 스프링 등을 부착하여 무게를 분산시키거나 충격을 흡수하는 역할을 합니다. 동력 외골격은 구동부가 있고 배터리나 연료셀 등의 전원으로 작동하여 근력을 보강하거나 지구력을 증대시키는 역할을 합니다.

 

 

외골격 파워 슈트의 산업용 적용 사례와 효과

외골격 파워 슈트는 산업 현장에서 다양한 용도로 활용되고 있습니다. 예를 들어, 자동차 제조 공장에서는 상체를 지탱하는 조끼형 외골격이나 앉은 자세를 유지하는 의자형 외골격을 사용하여 상반신 작업이나 하반신 작업에 따른 피로도를 줄여줍니다. 건설 현장이나 항만에서는 하중 운반용 외골격을 사용하여 무거운 물건을 들거나 옮기는 작업에 필요한 힘과 지구력을 증가시켜 줍니다.

하중 운반용 외골격 파워 슈트는 착용자의 등과 다리에 부착되어 무게를 분산시키고 균형을 잡아주는 역할을 합니다. 이러한 외골격은 착용자의 허리와 무릎에 가해지는 압력을 감소시키고 근육과 관절의 손상을 예방할 수 있습니다. 또한 외골격은 착용자의 움직임을 감지하고 동기화하여 자연스럽고 부드러운 동작을 가능하게 합니다.

 

 

하중 운반용 외골격 파워 슈트의 대표적인 예

• 미국의 Lockheed Martin이 개발한 FORTIS (Fortitude Augmentation System)가 있습니다. FORTIS는 7kg 정도의 중량으로 최대 16kg의 하중을 지탱할 수 있으며, 배터리 없이도 작동할 수 있습니다. FORTIS는 주로 조선소나 건설 현장에서 무거운 공구나 재료를 다루는 작업자들에게 제공되고 있습니다.
• 일본의 Cyberdyne이 개발한 HAL (Hybrid Assistive Limb)이 있습니다. HAL은 23kg 정도의 중량으로 최대 70kg의 하중을 지탱할 수 있으며, 착용자의 신경신호를 인식하여 움직임을 제어할 수 있습니다. HAL은 주로 항만이나 공항에서 짐을 옮기는 작업자들에게 제공되고 있습니다.

하중 운반용 외골격 파워 슈트의 적용은 작업자들의 안전과 생산성을 향상할 뿐만 아니라, 근로시간과 인력비용을 절감하고, 작업 환경과 질을 개선할 수 있는 장점이 있습니다. 따라서 이러한 외골격 파워 슈트는 산업 현장에서 점점 더 확산될 것으로 예상됩니다.

 

 

외골격 파워 슈트의 기술 발전 동향과 시장 전망

외골격 파워 슈트는 첨단 융복합 기술로서 군사, 의료, 산업 등 다양한 분야에서 활용 가능성이 높습니다. 특히 산업 현장에서는 근로자의 근골격계 질환을 예방하고 작업 효율을 높이는 데 기여할 수 있습니다. 따라서 세계 각국은 외골격 파워 슈트의 연구개발 및 적용을 활발히 추진하고 있으며, 관련 시장도 급속히 성장할 것으로 전망됩니다.

미국과 일본은 외골격 파워 슈트의 선도국으로 꼽힙니다. 미국은 군사용 외골격 파워 슈트를 개발하고 실전 배치를 추진하고 있으며, 일본은 의료용 외골격 파워 슈트를 개발하고 제품화하고 있습니다. 또한 주요 자동차 업체들은 산업용 외골격 파워 슈트를 개발하고 적용하고 있습니다. 예를 들어, 포드는 eksoBionics와 공동 개발한 eksoVest를 전 세계 15개 공장에 도입했으며, BMW와 아우디는 각각 미국과 스위스의 스타트업과 협력하여 외골격 로봇을 시범 운용했습니다. 현대차 그룹은 올해 11월부터 기아차 국내 공장 생산라인에 착용형 외골격 로봇 VEX와 CEX를 도입할 예정입니다.

외골격 파워 슈트의 세계 시장 규모는 2020년에 4억 9천만 달러(약 5천억 원)였으나, 2031년에는 88억 달러(약 9.8조 원) 규모로 성장할 것으로 예상됩니다. 이는 연평균 성장률(CAGR)이 32.7%에 달한다는 의미입니다. 산업용 외골격 파워 슈트의 경우, 2020년에 1억 6천만 달러(약 1.8천억 원)였으나, 2031년에는 38억 달러(약 4.2조 원)로 성장할 것으로 전망됩니다. 이는 CAGR이 28.3%라는 것을 의미합니다.

 

 

한국 외골격 파워 슈트 연구개발

한국도 외골격 파워 슈트의 유망한 연구개발 및 사업화 분야로 인식하고 있습니다. 현대차 그룹은 미국 보스턴 다이내믹스를 인수하고, 삼성전자는 독일 GermanBionic Systems에 투자했습니다. 국책 연구기관(KIST, 생체로봇연구단)과 대학(서울대, 카이스트 등)에서도 다양한 외골격 파워 슈트를 개발하고 있습니다.

KIST는 군용, 의료용, 산업용 등 다양한 목적에 맞는 외골격 파워 슈트를 개발하고 있습니다. 예를 들어, KIST는 국방과학연구소와 공동으로 군인의 전투력을 향상하는 전투용 외골격 파워 슈트를 개발했습니다. 이 슈트는 착용자의 움직임을 감지하고 동기화하여 자연스럽고 부드러운 동작을 가능하게 하며, 최대 30kg의 하중을 지탱할 수 있습니다. 또한 배터리 수명이 8시간 이상으로 길어 장시간 작전에도 적합합니다.

또한 KIST는 재활의학과 협력하여 중추신경계 손상으로 인해 다리가 마비된 환자들을 위한 보행용 외골격 파워 슈트를 개발했습니다. 이 슈트는 착용자의 의도를 인식하고 보조하는 기능을 가지고 있으며, 착용자의 근육과 관절의 상태를 모니터링하고 피드백을 제공하는 기능도 갖추고 있습니다. 이 슈트는 임상시험을 통해 보행능력과 균형감각을 향상하는 효과가 입증되었습니다.

 

 

서울대 공대는 물류 운반 노동자의 허리 부상 위험을 낮출 수 있는 외골격 슈트를 개발했습니다. 이 슈트는 원단, 스트랩, 고무줄 등 유연한 재료로 구성되어 별도의 동력원이 필요 없으며, 중량이 850g에 불과합니다. 이 슈트는 착용자가 허리를 구부리는 것과 같은 잘못된 자세를 취하면 신축성이 떨어지면서 일종의 브레이크처럼 작용하고, 착용자가 등을 펴고 무릎을 구부리는 것과 같은 올바른 자세를 취하면 신축성이 올라가면서 일종의 보조기능처럼 작용합니다. 이 슈트는 착용자로 하여금 자발적으로 리프트 동작을 개선하도록 유도하는 효과가 있습니다.

카이스트는 로봇공학과 협력하여 걷기와 달리기 등 다양한 운동에 적합한 외골격 파워 슈트를 개발했습니다. 이 슈트는 착용자의 움직임을 감지하고 동기화하여 자연스럽고 부드러운 동작을 가능하게 하며, 최대 40%의 근력 보조 효과를 낼 수 있습니다. 또한 슈트는 착용자의 심박수, 소모 칼로리, 근육 활성도 등을 측정하고 피드백을 제공하는 기능도 갖추고 있습니다.

이 슈트는 주로 재활이나 운동 목적으로 사용될 수 있으며, 장애인이나 노약자들에게도 유익할 것으로 기대됩니다. 이 슈트는 2019년에 개발된 웨어러블 소프트 외골격 슈트[^1^][4]의 개선 버전으로, 구동부와 가변 강성 패치로 구성되어 있습니다. 구동부는 유체 공급 및 배출에 따라 팽창 및 수축할 수 있으며, 가변 강성 패치는 구동부의 팽창 및 수축에 따라 형태 변형을 하고 강성이 변하도록 되어 있습니다.

이 슈트의 장점은 가볍고 유연하며 별도의 배터리나 모터가 필요 없다는 점입니다. 또한 착용자의 의도와 동기화되어 자연스러운 움직임을 제공한다는 점입니다. 이 슈트는 2020년에 국제 저널 '사이언스 로보틱스'에 게재되었으며, 국내외에서 많은 관심을 받았습니다.