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착용형 로봇을 이용한 보행보조 및 재활
최현진 (Hyunjin Choi)(상명대학교 휴먼지능로봇공학과 조교수) / hyunjin at smu.ac.kr
1. 본인의 연구에 대해서 대략적인 소개를 부탁드립니다.

- 안녕하세요, 저는 현재 상명대학교 휴먼지능로봇공학과에 조교수로 재직 중인 최현진입니다. 2012년 한국연구재단 글로벌 박사 펠로우십(Global Ph.D. Fellowship) 사업에 ‘기능성 전기 자극과 착용형 로봇이 통합된 근신경계 재활시스템 연구’라는 주제로 선정되어 대학원 과정을 시작하였고, 2019년 ‘Assistance and Rehabilitation of People with Paretic Gait Using a Torque-controlled Wearable Robot’이라는 주제로 박사학위를 받았습니다. 2017년부터 2020년까지 ㈜엔젤로보틱스의 창업 멤버로 착용형 재활로봇인 엔젤렉스(ANGELEGS)를 개발하고 상용화하였으며, 2020년부터 현재까지 상명대학교에서 로봇을 이용한 보행 보조 및 재활이라는 큰 목표를 가지고 착용형 센서 시스템 개발 및 이를 이용한 보행 분석, 재활 및 보조 효과를 갖는 착용형 로봇 제어에 대한 연구를 수행하고 있습니다.



2. 웨어러블 로봇으로 공경철 교수님과 스타트 업인 “엔젤로보틱스”를 창업하셨고, 병원 임상 테스트와 의료기기 인증을 완료하신 걸로 압니다. 엔젤로봇틱스의 창업과정과 비전을 알려주세요.

- 서강대학교 로봇 시스템 제어연구실(RSC Lab, 현 KAIST Exo Lab)에서 개발한 초기 착용형 로봇에 엔젤렉스(Angelegs)라는 이름을 붙여주고, 2017년 두바이에서 열린 UAE Robotics for Good Award에 ‘ANGELEGS – A Wearable Robot for People with Partially Impaired Walking Ability’로 출전하여 Finalist에 올랐습니다(https://youtu.be/mz2vgItNX6k). 두바이 대회 직후 엔젤로보틱스는 2017년 2월에 에스지로보틱스 라는 이름으로 설립되었는데요, 스타트업이라고 소개하기엔 어느새 업력 6년차가 되었네요. 지금은 사원수 70명 가까이 되는 큰 규모로 성장하였고, 여러 병원에서 엔젤렉스 로봇을 보행치료에 사용하고 있습니다. 회사의 창업과정은 이전에 제 지도 교수님이신 공경철 교수님께서 메릭 인터뷰를 통해 대표이사 로서의 경험을 잘 소개해 주신 것 같습니다(https://www.materic.or.kr/v2/mp/content.asp?f_id=140&page=2&listType=10).

저는 제품의 초기 연구개발과 상용화를 이끈 창업 멤버로, 엔젤렉스를 사람으로 간주한다면 탄생시킨 후 걸음마를 알려주고, 세상 밖에 나가 기본 의사소통 정도는 할 수 있는 존재로 만들었다고 표현해도 될 것 같습니다. 제가 상명대학교로 이직한 이후로 더 뛰어난 연구개발자분들이 오셔서 엔젤렉스를 더 착하고(?) 예쁘고 똑똑하고 말 잘 듣는 로봇으로 훌륭하게 키우셨습니다.

 연구실 단계에서 기술검증을 하고 한두 건의 사용자 테스트를 하는 것과, 제품이 의료기기 인증을 받아 소비자에게 판매되는 것은 큰 차이가 있습니다. 안전을 위해서는 실험실 환경이 아닌 어느 곳에서도 항상 안전하고 균일한 성능을 내야 하기 때문에 여러 공인시험들을 통과해야 했고, 회사는 별도로 의료기기 제조 및 품질관리 GMP를 통과해야 했습니다. 특히 초창기에는 ‘우리 로봇이 환자분들의 보행에 도움이 됩니다’라고 의사 및 치료사분들을 설득하기 위해 여러 병원에 직접 로봇을 들고 가서 환자분들의 로봇 훈련에 참여하고 피드백을 받아 제품에 적용해야 했습니다. 이때 밤새 로봇을 고치고, 아침에는 다시 전국 병원으로 로봇을 들고 찾아가는 일정을 수없이 반복했던 기억이 나네요. 사고나 여러 가지 질환으로 보행이 불편하신 분들이 저희 로봇을 입어보고 좋은 점은 칭찬해 주시고, 나중에 제품이 나오면 꼭 구매하고 싶다고 말해주실 때 큰 보람을 느꼈습니다(물론 불편한 부분에 대한 따끔한 피드백이 로봇을 더욱 개선했습니다). 특히 선천적 장애로 보행에 어려움을 갖는 아이들의 부모님들께서는 로봇을 입고 걷는 것만 보고도 눈물을 흘리시곤 했고, 소풍이나 졸업식, 결혼식과 같은 이벤트가 있을 때 잠시라도 서 있거나 걸을 수 있었으면 좋겠다는 이야기를 많이 하셨습니다. 창업의 과정에 참여하면서 내 노력으로 만든 기술이 사용자(end-user)에게 적용되고 그 삶에 도움이 되어주는 모습을 직접 볼 수 있었고, 이 경험은 공학자로 살아갈 제 인생에 소중한 밑거름이 되어줄 것이라 생각합니다.


3. 엔젤로보틱스의 엔젤슈트와 엔젤렉스의 제어부와 SW 개발을 주도하신 걸로 알고 있습니다. 소개를 부탁드립니다.

- 회사 창업 당시 로봇 개발을 담당하는 인력은 공경철 대표이사님과 저, 나병훈 박사님(엔젤로보틱스) 세 명뿐이었고, 일당백 이상을 해내야 하는 상황이었습니다. 연구실에서 진행하던 구동기 제어나 상위단의 보조 알고리즘 이외에 회로(PCB) 설계나 앱 개발은 경험이 없었는데, 해야 하는 상황이 오니 어쩔 수 없이 해내게 된 것 같네요. 발로 뛰어 여러 자문을 얻었고, 몇 번의 시행착오 끝에 초기 시제품 제작이 가능했습니다. 지금 보면 조악할 수 있는 사용자용 애플리케이션의 초기 버전도 여러 투자유치나 과제 선정에 핵심 기능으로 어필할 수 있었습니다. 시제품을 제가 직접 만들다 보니, 새로운 분야에도 기본적인 실무 능력이 쌓였고, 이후 각 분야의 전문 인력을 채용한 뒤에는 연구개발팀 리더로 팀원들과 함께 제품개발을 성공적으로 이끌 수 있었습니다.


4. 현재 병원의 재활치료 목적으로 엔젤렉스 로봇들이 잘 사용되고 있는 것으로 알고 있습니다. 의도 파악 알고리즘과 보조 제어 알고리즘 연구가 재활치료 과정에 어떻게 적용되는지 자세한 설명을 부탁드립니다.

- 착용형 로봇이나 착용형 센서를 사용한 동작 의도 파악에 대한 연구는 국내외 다양한 연구팀에서 진행해 왔습니다. 지면 환경에 따라 자동으로 제어 모드를 바꾸어 주거나, 뇌파나 EMG와 같은 생체신호를 측정하여 의도를 파악하고 로봇을 제어하는 연구들도 소개되고 있습니다. 그러나 실제 상용 로봇에 이러한 최신 기술을 적용하기에는 사용자의 안전을 보장하는 연구가 더 필요합니다. 자율주행차의 상용화 과정과도 유사하다고 볼 수 있습니다. 특히 근력이 약화된 환자분들의 경우에는 보행 의도가 명확하게 측정되지 않는 경우가 많습니다. 엔젤렉스는 지면 반력 센서와 로봇에 내장된 각도/기울기 센서들을 통해 의도를 파악하여 다리를 들어 올리거나 체중을 지지하는 힘을 보조해 주도록 설계되었습니다. 재활로봇은 로봇을 입는 사람뿐 아니라 치료시간을 운용하는 의사 또는 물리치료사분들도 로봇의 사용자가 됩니다. 따라서 치료사분들을 위한 UI도 고려하여 설계가 되어야 했습니다. 사용자 별로 보조력의 크기를 세부적으로 조절할 수 있도록 하였고, 치료사분들이 적절한 훈련 강도를 선택하고 이력을 확인할 수 있도록 하였습니다.

보행재활은 질환에 따라 그 경과 양상이 다양하지만, 다양한 로봇을 활용하면 더 효과적인 재활치료가 가능합니다. 예를 들어 뇌졸중의 경우 발병 초기에는 본인의 의도로 움직이기 어렵기 때문에 강제적으로 보행 동작을 수행하는 궤적 추종형 재활로봇으로 감각을 회복시키고, 점차적으로 엔젤렉스와 같은 overground 보행이 가능한 로봇으로 훈련할 수 있습니다. 이후에는 가정에서 착용형 로봇으로 반복적으로 훈련하고, 꾸준한 재활운동으로도 회복되지 않는 부분은 일상생활에서 보조 로봇을 착용하여 도움을 받을 수 있습니다.



5. 완전마비 환자를 위한 착용형 로봇을 제어할 수 있는 효과적인 인터페이스에 대해 연구 중이신 걸로 아는데 이에 대한 소개를 부탁드립니다.

- 엔젤렉스가 어느 정도 서 있거나 다리를 들어 올릴 수 있는 불완전마비 장애인분들을 위한 로봇이라면, 척수손상으로 인한 하지 완전마비 장애인분들을 위한 워크온슈트(WalkON Suit)라는 로봇이 있습니다. 워크온슈트도 연구실에서 개발했던 초기 버전 로봇이 2016년 사이보그 올림픽 사이배슬론(Cybathlon)에 첫 출전하여 동메달을 수상했고, 두 번째 대회가 열린 2020년에는 엔젤로보틱스 팀이 새로운 버전을 개발하여 금메달과 동메달을 수상했습니다.



사이배슬론대회는 장애인 선수가 로봇을 착용하고 여러 장애물 미션을 실수 없이 가장 빠른 속도로 통과해야 하는 경기입니다. 최고의 성능을 위해서 대회용 로봇은 개인 맞춤형으로 제작되었고, 2020년 대회를 준비하면서 7명의 후보 선수분들을 선발하여 개인별 로봇을 제작했습니다. 저는 워크온슈트의 회로부와 SW architecture를 총괄하였고, 특히 대회 우승을 위한 빠르고 복잡하지 않은 사용자 인터페이스 개발을 담당했습니다. 로봇의 사용자는 착용자와 훈련보조자가 있는데, 착용자인 선수분이 빠르게 모드를 변경하고 로봇의 상태를 확인할 수 있도록 전완 크러치(목발) 손잡이 부분에 컨트롤러를 장착했습니다. 장시간 큰 무게를 지지하고 서 있어도 불편하지 않아야 하는 손잡이는 인체공학적으로 디자인하였고, 가독성 높은 디스플레이 디자인과 음성 안내 및 사운드 효과를 추가했습니다. 또 다른 로봇 사용자인 훈련보조자분들은 수시로 로봇의 세팅 값을 조절하여 선수별로 가장 최적의 값을 적용해야 합니다. 짧은 시간에 많은 훈련을 해야 하기 때문에 세팅 값의 변경은 로봇 구동 중에, 걷다가 잠시 멈춰 선 상태에서 수행될 수 있어야 했습니다.

2018년에는 워크온슈트를 착용한 하지 완전마비 장애인 주자가 평창 패럴림픽 성화봉송의 1번 주자로 참가하였습니다. 이때 LG전자와 협력하여 see-through display 안경을 적용하였으며, 감각이 없는 발의 현재 위치나 로봇의 상태를 확인할 수 있도록 시도했습니다.





6. 상명대학교의 실험실 HuRI Lab. 소개를 부탁드립니다.

- 상명대학교 휴먼지능로봇공학과는 2016년 말에 설립되어 2017년 첫 입학생을 모집했습니다. 저는 2023년 2월 졸업을 앞둔 17, 18학번 학부 연구생들과 함께 HuRI Lab (HUman Robot Interaction Laboratory)를 운영하고 있습니다. 아직 시작하는 단계여서 많은 연구결과가 있지는 않지만, 착용형 센서와 그를 이용한 동작 분석 연구들을 수행하고 있습니다. 조만간 연구실 홈페이지를 개설할 예정입니다. 많이 지켜봐 주세요.



7. 그동안 영향을 받은 연구자가 많으실 거 같습니다. 어떤 연구자분들의 어떤 영향을 받으셨는지 궁금합니다.

- 그동안 영향을 주신 연구자분들을 떠올리다 보니 박사학위논문 acknowledgment를 작성하던 때가 생각나네요. 무엇보다 가장 큰 영향을 주신 분은 지도 교수님이신 공경철 교수님입니다. 제 academic life의 father(아버지) 이신 공 교수님은, 제 지도 교수님이면서 동시에 회사의 대표이사님(직장 상사)이기도 하셨습니다. 교수님에 대한 깊은 신뢰가 있었기에 새로운 도전들에 함께 하게 되었고, 교수님께서 저를 믿고 맡겨 주신 덕분에 저도 더욱 열심히 할 수 있었습니다. 교수님과 함께 오랜 시간을 지내면서, 그 리더십에 항상 감탄했고, 지금도 그 모습을 본받고자 노력하고 있습니다. Academic uncle(삼촌) 이면서, 제 박사논문 committee 이시기도 했던 오세훈 교수님(DGIST 로봇 및 기계전자공학과)과 나동욱 교수님(연세의대 재활의학과)도 저에게 큰 영향을 주신 분들입니다. 오세훈 교수님께서는 자연과 예술, 문학을 가까이하는 따듯한 공학자의 모습을 꿈꾸게 해 주셨고, 나동욱 교수님께서는 기술에 갇힌 제 시야를 넓혀 주시고 사람과 삶에 어떤 도움이 되는 로봇을 만들어야 하는지 깨닫게 해 주셨습니다. 이렇게 적다 보니 너무 감성적으로 이야기하게 된 것 같네요. 이외에도 제가 학생연구원이던 시절부터 지금까지 여러 학회나 과제를 통해 만나 뵈었던 각 기관의 선배 연구자분의 열정적인 모습들은 제가 계속 이 길을 가게 하는 원동력이 되었던 것 같습니다.

저는 아직 많은 연구자분들과 교류해 보지 못한 새내기 연구자라고 생각합니다. 앞으로 제 academic life에 있어서 더욱더 많은 연구자분들을 만나고 영향을 주고받고 싶습니다.


8. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

- 앞선 질문에서도 비슷한 답변을 하게 되었는데, 아무래도 공학자로서 제가 만든 기술이 다른 사람들의 삶에 도움이 되는 것을 목격하는 것이 큰 보람인 것 같습니다. 제가 의술로 병을 치료하는 의사는 아니지만, 기술로 삶을 나아지게 한다는 점에서 의사분들과 비슷한 자부심과 책임감을 느끼고 있지 않나 생각됩니다. 아래 영상은 제 박사학위 논문 작성에도 큰 도움을 주었던 박채이양과 미국 세도나에서 열린 웨어러블 로봇학회(WearRAcon)에 직접 로봇을 입고 참석했던 모습입니다. 박채이양은 초등학교 5학년 때부터 초기 버전의 로봇 개발에 참여하여 직접 로봇을 입고 사용자 관점의 피드백을 많이 주었습니다. 채이양의 키가 빠르게 자라서 6개월마다 새로 맞춤 제작을 해야 했던 것이 생각납니다. 로봇 시제품이 오류가 나거나, 힘들게 로봇을 입었는데 몇 걸음 만에 망가지거나 할 때에도, 아쉬운 표정 없이 오히려 연구진들에게 응원을 주었던 학생이었습니다. 휠체어를 타야 하는 채이양과 함께 장거리 비행기를 타고 미국에 가서 지냈던 시간은 저에게 여러 가지 큰 경험이 되었습니다. 휠체어를 타고도 불편함 없이 여러 곳을 돌아다닐 수 있던 것이 인상적이었습니다. 채이양이 로봇을 입고 휠체어에서 일어나 세도나의 멋진 풍경과 함께 찍은 사진은 제 사무실 책상 앞에 걸려 있습니다. 처음 마음을 잊지 않겠다는 다짐으로 누군가에게 도움이 될 수 있는 연구를 계속하고 싶습니다.






9. 이 분야로 진학하려는 후배들에게 조언해 주신다면?

- 로봇이 사람의 일상생활 전반에 사용되게 되면서 로봇 분야에서 연구/개발하는 모든 분들은 기본적으로 사람에 대한 이해가 필요하게 되었습니다. 특히 의료용 로봇이나 보조 로봇과 같이 사람과 직접적으로 교류하는 로봇을 연구하기 위해서는 타인에 대해 공감하고 이해하는 마음이 꼭 필요하다고 생각합니다. 내가 불편하지 않아도 누군가가 불편하다면, ‘이게 왜 불편하지?’를 뛰어넘어 ‘어떻게 하면 불편하지 않게 할 수 있을까’를 항상 생각해야 합니다. 많은 경우에 그 불편함은 내가 직접 겪을 수도 없고 온전히 이해할 수 없는데, 그럼에도 불구하고 상대방의 입장에서 생각하는 훈련을 해야 합니다. 이러한 공감 이해 능력은 많은 공학 계열 후배들이 어려워하는 부분이라고 생각합니다(저도 계속 노력하고 있고요).

많은 선배분들이 계셔서 제가 감히 후배들에게 조언을 하기 조심스럽네요. 아직 창창한 20대이시라면, 여러 사람과 교류하며 희로애락을 많이 느끼셨으면 좋겠습니다. 가슴 벅차게 기쁜 일들과 눈물 나게 마음 아픈 일들도 많이 겪으시고, 직접경험이 어려우면 책이나 영화, 드라마를 통한 간접경험도 좋습니다. 전공 관련 수업이나 활동에도 열심히 몰두해서 최선을 다해보면, ‘내가 무엇을 좋아하는지’를 잘 알게 되고, ‘내 마음을 뛰게 하는 분야’를 알아챌 수 있게 됩니다. 잘하고 못하고는 상대적인 것이어서 내가 나 자신을 공정하게 평가할 수 없지만, 내가 오랫동안 즐겁게 재미있어 할 수 있는 분야인지는 나 자신만이 알 수 있습니다. 학생들을 면담하다 보면, ‘무엇을 하고 싶은지’에 대해 고민하면서도 답하기 어려워하는 것을 많이 보았습니다. 나 자신을 이해해야 타인도 이해할 수 있다고 생각합니다. 100세 시대라고 하는데 1,2년 뒤보다는 10년, 20년 뒤의 모습을 생각하며 차근차근 준비해 나가시길 바랍니다.


10. 다른 하시고 싶은 이야기들.

- 무엇보다 이러한 기회를 마련해 주시고 제안 주신 메릭에 깊은 감사의 말씀을 전하고 싶습니다. 늦어지는 일정에도 너그럽게 이해해 주셔서 감사드리고, 앞으로도 좋은 기회로 찾아뵐 수 있으면 좋겠습니다.


*. 최현진 교수의 최근(대표) 논문

1. H. Choi, “Assistance of a Person with Muscular Weakness Using a Joint-Torque-Assisting Exoskeletal Robot,” Applied Sciences, Vol. 11, No. 7, 2021.

2. J. Choi, K. Park, J. Park, D. Lee, E. Song, B. Na, S. Jeon, T. Kim, H. Choi, H. Woo, J. Lee, B. Kim, D. Rha, and K. Kong, “The History and Future of the WalkON Suit: A Powered Exoskeleton for People with Disabilities,” IEEE Industrial Electronics Magazine, 2021, Early Access.

3. H. Choi and K. Kong, “A Soft Three-axis Force Sensor Based on Radially Symmetric Pneumatic Chambers,” IEEE Sensors Journal, 19(13), 5229-5238, 2019.

4. H. Choi, B. Na, J. Lee, and K. Kong, “A User Interface System with See-Through Display for WalkON Suit: A Powered Exoskeleton for Complete Paraplegics,” Applied Sciences, 8(11), 2287, 2018.



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