서강대학교 기계공학과 공경철 교수는 2015년 입는 로봇으로 불리는 ‘웨어러블 수트’를 개발해 화제를 모았다. 이 로봇 수트를 입으면 아이언맨처럼 사람의 움직임을 따라 강력한 힘을 발휘할 수 있고, 특히 다리를 움직이기 힘들어 하는 환자들에게 큰 도움을 줄 것으로 기대를 모으고 있다. 공경철 교수는 로봇공학 올림픽인 '사이배슬론' 대회에 출전해 전세계의 웨어러블 로봇과 겨루게 되는데, 이를 위한 웨어러블 로봇 개발에 솔리드웍스 3D CAD를 활용했다.

서강대학교 공경철 교수는 미국 캘리포니아 대학교 버클리(U.C Berkeley)에서 제어분야로 박사학위를 받았고, 지금은 보행형 로봇의 기구 설계, 구동기 설계, 모델링, 제어, 임상실험에 이르는 전반적인 연구를 진행하고 있다. 특히 장애인의 활동을 보조하기 위한 연구를 중점적으로 수행하고 있다.

공경철 교수 팀은 그간 수행한 웨어러블 로봇 연구를 바탕으로 '로봇공학 올림픽'이라고 할 수 있는 '사이배슬론(Cybathlon)’에 참가한다. 10월 스위스에서 처음 열리는 사이배슬론은 영화 ‘아이언맨’처럼 파워수트나 로봇 팔을 장착한 장애인 선수가 승패를 겨루는 인간 보조로봇 분야의 국제 대회이다. 스위스 취리히대학교(ETH zurich)의 로버트 리너 교수가 주도해 창설됐고, 스위스 국립로봇역량연구센터(NCCR Robotics)가 주최한다. 사이배슬론은 2년에 한 번씩 개최되는데, 2018년에 열릴 2회 사이배슬론은 한국에서, 2020년 3회 사이배슬론은 일본에서 진행될 예정이다.

‘사이배슬론 2016’에서는 로봇공학 기술을 이용한 보조장비를 착용한 장애인 스포츠 선수가 ▲뇌파를 이용한 컴퓨터 자동차 게임 ▲신체 전기 자극을 이용한 자전거 경주 ▲전기 자극 휠체어 경주 ▲로봇 의족 달리기 ▲로봇 의수를 이용한 비디오 게임 ▲로봇 수트로 걷기 등 6가지 종목에서 승패를 겨룬다. 각 종목의 경기가 끝난 후, 우승자와 우승자가 장착한 웨어러블 로봇을 개발한 업체 모두에게 메달이 수여된다.

웨어러블 로봇을 포함한 인간 보조 로봇은 지금까지 '연구단계’ 정도로만 인식되고 있었다. 하지만 사이배슬론 대회를 통해 많은 연구자들이 ISO 등 국제 규격을 따라 상용화 제품에 가까운 로봇을 만들게 되었고, 비디오나 논문 그래프가 아닌 실시간 생중계를 통해 전 세계에 방송됨으로써 로봇의 성능을 검증한다는 측면에서 연구자뿐만 아니라 일반인의 이목을 끌고 있다는 것이 공경철 교수의 설명이다. 실제로 영국 BBC에서는 대회의 모든 내용을 하루 종일 생중계할 예정이다.

공경철 교수는 "사이배슬론은 단순한 국가별 경쟁의 자리가 아니다. 경쟁을 통해 새로운 것을 배울 수 있고 교류의 기회가 생길 것으로 기대하고 있다"면서 "실제로 대회를 준비하는 동안 초기의 기획의도를 넘어서는 아주 다양한 효과를 불러오고 있다. 기술의 발전은 인간을 위한 기술 및 제품의 개발과 상용화에 큰 도움을 주기 때문에 기꺼이 참여를 결정했다"고 소개했다.

공경철 교수는 이번 사이배슬론에 SG Mechatronics 팀으로 출전해 흉추 또는 척수를 다친 환자가 외골격 로봇을 입고 주어진 시간 내에 많은 미션을 수행하는 경기에 참가한다. 외골격 로봇을 착용하고 장애물을 통과하거나 언덕을 올라 문을 열기도 하며, 시험을 통과하고 징검다리를 통과하는 등의 미션이 주어지는데, 하반신 마비 선수와 로봇이 한 몸이 되어 움직이는 만큼 기술 개발뿐만 아니라 선수가 로봇을 자유자재로 사용할 수 있는 신체적응 훈련도 매우 중요하다고 한다.

공경철 교수는 "우리 팀의 출전 선수는 20여년 전에 뺑소니 사고로 배꼽 아래 감각과 운동 기능을 완전히 잃어버린 완전마비 장애인이다. 이번 대회를 준비하면서 우리가 개발한 로봇을 착용하고 휠체어에서 일어나 걷고, 계단을 오르고, 장애물을 통과할 수 있게 되었다”고 소개했다.

공경철 교수는 9월부터 사이배슬론 준비를 위해 공개훈련을 진행했다. 공개훈련을 진행한 이유는 관중이 많은 환경에서 선수가 심리적 부담을 극복하는 심리훈련을 진행하기 위해서이다. 웨어러블 로봇을 사용하는 주체는 결국 사람이기 때문에 이런 심리적인 요소까지도 고려해야 한다고 한다.

공경철 교수가 개발한 웨어러블 로봇은 크게 두 가지로 부분마비 환자군을 대상으로 하는 ‘엔젤렉스(Angelegs)’와 이번 사이배슬론 출전을 위해 개발한 완전마비 장애인용 ‘워크온수트(Walk-ON Suit)’이다. 엔젤렉스는 몸에 부착하는 센서가 없이도 동작 패턴을 파악하고, 어떠한 행동을 하든 사용자의 행동에 제약을 주지 않는 특징이 있다. 워크온수트는 사이배슬론 대회를 위해 특별히 제작된 로봇이다.

공경철 교수는 사이배슬론에 출전할 웨어러블 로봇을 개발하는데 3D CAD인 솔리드웍스를 활용했다. 웨어러블 로봇의 전반적인 설계 과정에 솔리드웍스가 핵심적인 역할을 했을 뿐 아니라, 특히 복잡한 구조의 판금 제품을 설계하는데 솔리드웍스의 직관적인 인터페이스가 유용했다고 한다. “웨어러블 로봇을 개발하는 과정에서 매우 다양한 측면의 변수를 고려하고 테스트해야 하는데, 솔리드웍스는 사용법이 직관적이고 결과치에 대한 신뢰가 높아서 설계, 검증, 통신 및 데이터 관리 등을 편리하게 진행할 수 있었다”는 것이 공경철 교수의 설명이다.

솔리드웍스는 개념 설계 단계에서부터 상세 설계, FEM 시뮬레이션 분석, 도면화 작업, 3D 프린팅 출력, 렌더링에 이르기까지 설계와 관련된 다양한 업무를 지원한다. 초보자들도 접근하기 쉬운 직관적인 인터페이스를 제공해 학생들로 구성된 연구실에서 제품 개발 시간을 줄일 수 있었다. 사용하기 쉬우면서도 기능적으로 우수한 소프트웨어라는 것이 솔리드웍스에 대한 공경철 교수의 평가이다.

사람의 활동을 보조하기 위한 웨어러블 로봇은 가끔 외신을 통해 해외 사례가 소개되고는 하지만, 국내에서는 대중적으로 알려진 분야는 아니다. 공경철 교수는 국내 웨어러블 로봇 기술력이 충분한 경쟁력을 갖고 있는 반면, 이를 뒷받침하고 상용화하기 위한 정책이나 지원은 부족하다고 짚었다.

공경철 교수는 "기술력을 보면 국내 웨어러블 로봇 연구는 세계 최고 수준이다. 부분마비 환자군을 보조하기 위한 핵심 기술을 우리가 보유하고 있고, 완전마비 장애인을 재활하기 위한 연구는 우리를 비롯해 현대자동차 등 여러 연구기관에서 상용화 직전의 결과물들을 내놓고 있다. 국방 분야에서도 세계 수준으로 도약하는 과정에 있다”고 설명했다.

반면에 웨어러블에 대한 정책적 지원이나 준비는 다소 아쉬움이 있다. 선진국은 이미 국가주도형 연구개발로 웨어러블 기기 성장세에 대응하고 있다. 유럽연합(EU)은 2005년에 5년 단위 정보화 전략인 ‘i2010’에서 웨어러블 산업에 관한 국가주도 R&D 전략을 마련했다. 일본도 2007년 국가 차원 종합전략 ‘국제경쟁력 강화 프로그램’을 수립했다. 미국은 국가가 주도해 학계와 군의 컨소시엄 형태로 웨어러블 핵심 기술을 개발하는 등 오래 전부터 체계적으로 준비하고 있는 것으로 알려졌다. 반면 우리나라의 기술 개발 지원은 2015년 11월 ‘웨어러블 디바이스 핵심 부품 및 요소기술 개발 사업’을 발표하며 이제 발걸음을 뗀 단계이다. 공경철 교수는 "웨어러블 로봇 분야에 대한 전반적인 관심과 함께 실질적인 지원에 대해서 더욱 현장의 목소리를 들으며 고민해야 할 것"이라고 전했다.

웨어러블 로봇은 그 어느 기술보다 사람과 맞닿아 있는 기술이라고 할 수 있다. 기술과 사용자 경험을 결코 별개로 놓고 볼 수 없기 때문이다. 공경철 교수는 "경험을 중요시하는 솔리드웍스의 3D 기술을 앞으로도 더 적극적으로 활용할 것이다. 연구실 차원에서 본격적으로 연구를 접하기 전인 대학원생을 대상으로 솔리드웍스를 활용한 설계기법에 대한 교육을 강화하고, 이에 대한 교육 매뉴얼을 제작할 예정”이라고 향후 계획을 소개했다.