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2025-08-24 (일)

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중앙대, 보행 보조 웨어러블 로봇 출시

로봇공학자들은 최근 몇 년 사이에 수술, 재활, 의료 지원 분야에 적용할 수 있는 진보된 로봇 시스템을 개발해왔다. 이들 로봇 시스템은 이미 많은 장애인과 신체적 외상을 입은 환자, 그리고 의료 시술을 받은 사람들의 삶의 질을 향상시키는 데 큰 도움을 주고 있다. 특히 산업 현장에서는 근로자의 건강과 안전, 편의를 위해 중요한 역할을 하고 있다. 전자기술 매체 테크익스플로어(techxplore)는 최근 한국 중앙대학교 연구원들이 노화, 근육 약화, 수술 또는 특정 질병으로 인해 걷는데 어려움을 겪는 사람을 돕기 위해 특별히 설계된 새로운 보행 보조용 웨어러블 로봇을 출시했다고 보도했다. '사이언스 로보틱스(Science Robotics)'에 게재된 논문 내용을 살펴보면, 이 로봇은 걷는 동안의 균형을 개선하는 동시에 대사 비용(에너지 소비)을 줄이는 데 효과적인 것으로 밝혀졌다. 연구를 주도한 이기욱 교수는 "우리의 최근 논문은 주로 보행 보조를 위한 대부분의 웨어러블 로봇이 시상면(상하 방향)의 움직임에만 초점을 맞추고 있다는 인식에서 영감을 받았다"며 "그러나 걷기는 본질적으로 3차원 활동이며 다른 차원의 움직임도 마찬가지로 중요하다"고 말했다. 이기욱 교수와 그의 동료들이 개발한 이 로봇은 과거에 제안된 고관절 외전(다리를 옆으로 벌리는 동작) 지원 로봇들과 달리, 전두엽(인체의 정면 부분)에 초점을 맞추고 있으며, 이는 걷는 동안의 움직임과 측면 안정성을 지원하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 논문의 공동저자 김명희 교수는 걷기 연구에서 전방 움직임과 측면 균형이 전통적으로 별개의 기능으로 여겨져 왔다고 설명했다. 그는 "최근에야 전후방 방향의 보조가 측면 안정성에 기여한다는 사실이 인정되었으나, 전후방 보행 효율성에 대한 측면 보조의 영향에 대한 연구는 아직 부족하다"고 지적했다. 연구팀의 핵심 가정은 자연스러운 엉덩이 외전(다리를 옆으로 움직이는 동작) 순간을 모방하는 웨어러블 로봇의 사용이 걸을 때 대사 비용을 줄일 수 있다는 것이다. 이는 신체 중심선에서 멀어지는 다리의 움직임을 포함하며, 걷기뿐만 아니라 인간이 매일 수행하는 다양한 활동을 지원하는 데 중요하다. 이 교수는 "우리가 개발한 고관절 외전 보조 웨어러블 로봇이 측면 신체 움직임을 지원해 보행 효율을 증가시키는 원리로 작동한다"고 말했다. 그는 "우리가 앞으로 걸을 때 균형을 유지하기 위해 몸의 질량 중심이 자연스럽게 좌우로 이동하는데 이 과정을 회복이라고 한다"며 "이 회복 단계에서는 고관절 외전 근육이 작동하고, 우리 장치는 이러한 근육을 보조하여 착용자가 더 쉽게 움직일 수 있도록 해주며, 더 적은 노력으로 질량 중심을 회복할 수 있도록 돕는다"고 말했다. 연구팀은 시뮬레이션과 실제 실험 모두에서 로봇의 성능을 평가했다. 이러한 테스트 결과는 로봇이 일반 보행에 비해 보행 시 대사 비용을 11.6% 감소시키는 동시에 균형과 안정성을 향상시킨다는 매우 긍정적인 결과를 보여주었다. 이 교수는 "우리의 연구는 보행 효율성 향상을 위해 웨어러블 로봇이 단지 시상면(상하 방향)에만 집중할 필요가 없다는 것을 입증한다"라며 "걷기는 3차원적인 움직임이기 때문에 다양한 평면에서의 움직임을 고려하는 것이 필수"라고 강조했다. 연구팀이 개발한 엉덩이 외전 보조 로봇은 걷기를 지원하는 엉덩이와 다리의 움직임에 직접적인 영향을 미친다. 이 독특한 디자인 덕분에, 로봇은 인간이 보통 걸을 때 들이는 노력의 일부를 효과적으로 '대체'할 수 있게 해주며, 이는 보행 과정을 더욱 용이하게 만든다. 김 교수는 "우리의 연구는 몸의 무게 중심을 한 발에서 다른 발로 더 효과적으로 전달함으로써 걷기 효율성을 높이는 측면 지원의 중요한 역할을 입증한다"고 설명했다. 그는 이러한 통찰이 근력이 감소한 개인에게 특히 유익하며, 지원 메커니즘에 대한 새로운 방향을 제시한다고 말했다. 또한, 김 교수는 앞으로 측면 지원이 이동성에 제한이 있는 사람들에게 어떻게 도움이 될 수 있는지 탐색하고, 잠재적으로 재활 및 지원 전략을 변화시키는 것이 중요하다고 강조했다. 이기욱 교수팀이 개발한 로봇 시스템은 앞으로 더 개선되어 상용화될 것으로 예상된다. 이 로봇은 노인, 다리나 엉덩이 수술을 받은 환자, 그리고 걷기에 어려움을 겪는 사람들에게 매우 유용할 것으로 보인다. 이 교수는 "향후 연구를 위해 고관절 외전이 보행 균형에 어떤 영향을 미치는지 더 깊이 파악할 계획"이라며 "우리는 고관절 외전이 보행 효율성을 향상시킬 뿐만 아니라 균형에도 영향을 미칠 수 있다는 것을 관찰했으며, 보행 균형 개선에 있어 웨어러블 로봇의 잠재력을 탐구하는 것을 목표로 한다"고 말했다. 한편, 한국의 현대로템은 지난 2021년 현대자동차와 공동 개발한 웨어러블 로봇을 기반으로, 기존 제조산업군에서 사업 영역을 확장했다. 이 로봇은 VEX(조끼형 웨어러블 로봇)와 H-Frame(지게형), CEX(의자형) 등 3종이다. VEX는 장시간 팔을 들어올리는 작업에서 팔과 어깨의 피로감을 덜어주는 장비로 별도의 전원 공급 없이도 사용이 가능하며 무게도 2.5kg으로 가볍다. H-Frame은 바닥에서 허리 높이까지 물체를 들어올리는 데 효과적이며, CEX는 앉은 자세에서 착용자의 자세를 지지해주는 데 도움을 준다. 현대로템의 웨어러블 로봇은 이미 현대자동차, 기아, 현대제철을 포함한 자동차, 중공업, 조선, 물류, 유통 분야에서 상용화되어 사용되고 있다. 이 로봇들은 산업 현장에서 근로자의 건강과 안전, 편의를 증진시키는 데 크게 기여하고 있으며, 그 효과성이 입증되고 있다.
- 산업
2023-11-29 11:21:00
LG화학, 1500℃서 20분 견디는 '배터리 열폭주 지연 소재' 개발

LG화학은 섭씨 1500도 화염에서도 20분 이상 손상되지 않고 견디는 배터리 열폭주 지연 소재를 LX하우시스와 공동 개발했다고 27일 밝혔다. 양사가 공동 개발한 '특수 난연 열가소성 연속 섬유 복합소재(특수 난연 CFT)' 강한 불길과 높은 압력에서도 기존 복합소재보다 14배 이상 긴 시간 견딜 수 있는 것으로 나타났다. LG화학 자체 테스트(Torch Test)에서 1.6㎜ 두께의 얇은 특수 난연 CFT에 1500℃ 이상의 열과 압력을 가했을 때 20분이 지나도 녹아 흘러내리거나 구멍이 생기지 않았다. 이는 업계 최고 수준의 화염 차단 성능이라고 LG화학은 설명했다. LX하우시스는 LG화학이 지난해 개발한 열폭주 지연 소재를 테이프 형태로 만들어 적층하는 제조 공법으로 화염 차단 성능을 높였다. 특수 난연 CFT에는 LG화학의 열폭주 지연 소재 기술과 LX하우시스의 열가소성 복합소재(CFT, Continuous Fiber Thermoplastics) 제조 기술이 적용됐다. LG화학이 지난해 개발한 열폭주 지연 소재는 1000℃ 이상에서 당시 세계 최장시간인 10분 이상 화염을 차단하는 성능을 나타냈다. LX하우시스는 LG화학의 소재를 테이프 형태로 만들어 적층하는 제조 공법을 사용해 차단 성능을 더욱 향상시켰다. 이번에 개발된 특수 난연 CFT는 단단하고 힘에 의한 변형이 작아(고강성) 전기차 배터리 부품 중 크기가 큰 배터리팩 상단과 하단 커버 등에 적용될 수 있다. 특히 전기차 화재 발생 시 불길이 퍼지는 것을 효과적으로 지연시켜 운전자의 대피와 화재 진압에 필요한 시간을 확보하는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 앞서 LG화학이 개발한 열폭주 지연 소재는 세밀한 성형이 가능해 배터리 모듈에 주로 쓰이는 만큼 올해 개발한 두 소재가 함께 활용되면 전기차 배터리 화재 시 불길이 퍼지는 것을 이중 차단할 수 있다는 회사 측의 설명이다. 전기차 배터리 화재의 주요 원인인 열폭주는 다양한 원인으로 배터리 셀에 스트레스가 가해지며 열이 발생하는 현상이다. 열폭주 현상은 전기차의 대중화를 늦추는 요소 중 하나로, 전기차·배터리 고객사의 페인 포인트(Pain point, 어려운 지점)로 꼽혀왔다. LG화학과 LX하우시스는 기존 플라스틱만으로는 견디기 어려웠던 열폭주의 열과 압력을 특수 난연 CFT 개발로 해결했다. LG화학은 지난 2009년부터 열폭주 지연 소재에 대한 연구개발을 이어왔다. 지난해에는 소재 개발을 완료하고 양산 체계를 구축했다. 신재명 LG화학 엔지니어링소재사업부 마케팅부문 담당은 "전기차 배터리 열폭주 지연 소재와 글래스매트, CFT 등 토탈 솔루션 라인업을 갖추게 된 것을 자랑스럽게 생각한다"며 "전기차 운전자의 일상을 더 안전하게 지키는 동시에 고객의 페인 포인트를 해소할 수 있도록 연구개발을 이어갈 것"이라고 말했다.
- 산업
2023-10-27 09:38:00
운동했는데 잘 먹지 않으면 어떻게 되나?

한국에서는 지난 9월 말부터 10월 9일까지 장장 6일 동안의 긴 추석 연휴와 한글날이 낀 3일간의 연휴가 모두 끝났다. 명절 연휴 기간 동안 참았던 식욕이 폭발한 사람들은 이제 유산소 운동으로 지방을 몽땅 태워버리겠다고 거듭 다짐하고 있다. 지방을 태우기 위해서는 운동을 더 오래 하거나 강도를 높이는 것보다 운동 후 어떤 음식을 섭취하는 게 내 몸에 도움이 되는 가를 고려해야 한다. 미국 CNN에서는 '올바른 영양을 섭취해야만 한다'는 건강·과학 전문 프리랜서 작가 조세린 솔리스-모레이라(Jocelyn Solis-Moreira)의 기고를 다뤘다. '마른 지방'의 위험 '마른 지방(Skinny fat)'은 날씬해 보이지만 체지방 비율이 높은 사람을 일컬을 때 사용되는 비공식 용어다. 노스캐롤라이나주 하이포인트 대학교의 운동 생리학자이자 건강과 인간 수행학과 부교수인 콜린 캐리커(Colin Carriker) 박사는 "내장 지방은 눈에 보이는 지방의 바깥층보다 위험하다"며 "설탕, 소금, 탄수화물이 많이 함유된 가공식품을 섭취해 내장 지방이 축적되면 비만인과 동일한 위험을 초래할 수 있다"고 경고했다. 예를 들어, 몸 전체에 순환하는 내장 지방의 양이 많으면 동맥이 경화되고 좁아지는 질병, 즉 죽상동맥경화증을 유발할 수 있다. 이렇게 되면 혈액이 신체의 나머지 조직으로 흐르는 것을 막고 심장마비와 뇌졸중의 위험을 증가시킨다. 또한, 건강한 식생활을 소홀히 하면 조기 사망 위험률도 높아진다. 나쁜 식단 극복이 어려운 이유 체중 감량을 원한다면, 섭취하는 칼로리보다 더 많은 칼로리를 소비해 칼로리 부족을 만드는 것이 핵심이다. 캐리커 박사는 "다만, 고칼로리 지방 식품을 정기적으로 먹는다는 것은 도전적인 과제가 될 수 있다"며 "칼로리를 과다 섭취하게 되면 훨씬 많은 양의 운동을 해야한다"고 말했다. 이를 해결하기 위해서는 운동에 더 많은 시간을 투자하거나 더 격렬한 운동을 해야 한다. 그러나 영양과 식영양학 아카데미의 그레이스 데로차(Grace Derocha) 대변인은 "이 계획은 연료가 부족한 상태에서는 제대로 작동할 수 없는데, 과자나 당도가 높은 음료에는 '빈 칼로리'가 가득하기 때문이다"고 지적했다. '빈 칼로리(empty calorie)'는 열량은 높지만 비타민과 무기질, 단백질 등 필수 영양소를 거의 함유하지 않은 것을 말한다. 설탕이나, 포화 지방, 즉석식품, 주류 등이 대표적인 빈 칼로리 식품이다. 탄산음료, 사탕 등 가공 식품에는 영양분이 거의 또는 전혀 없다. 포만감을 줄 비타민, 단백질, 섬유질이 부족하기 때문에 계속 배가 고프면 운동을 생각하기가 힘들다. 영양과 식영양학 아카데미의 캐롤라인 수지(Caroline Susie) 대변인은 "지방이 많은 음식이 처음에는 일시적으로 에너지를 공급할 수 있지만 장시간 또는 고강도 운동을 유지하기에는 충분하지 않아서 더 빨리 피로감을 느끼기 쉽다. 무엇보다도 소모되지 않은 빈 칼로리는 모두 지방으로 저장될 것"이라고 말했다. 근력 운동을 하는 사람들은 유산소 운동을 할 때보다 더 많은 칼로리를 소모하는 경향이 있다. 데로차는 "품질이 낮은 음식에서 영양분을 섭취하면 근육량을 늘리고 힘든 운동에서 완전히 회복하는 것이 더 어려워진다"며 "근육량을 늘리려면 닭고기, 연어 등 단백질 함량이 높은 음식을 식단에 포함시키는 것이 가장 좋다"고 설명했다. 특정 식품 금기보다 밸런스가 중요 건강하다는 것이 즐겨 먹던 모든 음식을 포기해야 한다는 의미는 아니다. 사람들은 특정 음식을 금기시하는 경향이 있으며 설탕이나 탄수화물을 섭취할 수 없다고 느끼는 것은 음식과 해로운 관계를 만들 수 있다. 수지는 "관점을 바꿔라"라고 조언했다. 그녀는 음식을 단순한 칼로리가 아니라 우리 몸에 제공할 수 있는 일종의 에너지로 생각하라고 말했다. 오늘 충분한 섬유질을 섭취했다면 단백질, 오메가-3 또는 건강한 탄수화물을 어디에 추가하는지 생각해야 한다는 것. 수지는 "음식은 좋은 것 또는 나쁜 것이 아닌, 단지 연료일 뿐"이라며 "특정 음식을 금지하는 시각 대신 자신을 더 건강하게 하는 에너지를 공급하는 게 더 건강한 방법"이라고 강조했다.
- 생활경제
2023-10-11 17:24:00