사람 대신 ‘가상 인간’이 로봇 입는다… ETRI, 웨어러블 로봇 평가 SW 개발

웨어러블 로봇을 개발하려면 사람이 직접 시제품을 입고 걷거나 물건을 들어 올려야 했다. 이 과정에서 착용자가 다칠 위험이 있고, 설계가 바뀔 때마다 다시 제품을 만들어 실험해야 해 시간과 비용 소모가 컸다. 앞으로는 가상 공간의 ‘디지털 휴먼’이 이 역할을 대신해 로봇 개발의 속도가 한층 빨라질 전망이다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 실제 사용자가 착용하지 않아도 웨어러블 로봇의 성능과 사용성을 사전에 검증할 수 있는 ‘디지털 휴먼-디바이스 트윈 기반 웨어러블 로봇 통합평가 기술’을 개발했다고 밝혔다.

해당 기술은 신경과 근골격 보조가 필요한 사용자의 신체적, 인지적 특성을 가상 공간에 그대로 구현한 것이 핵심이다. 실제 사람을 대신하는 ‘디지털 휴먼’과 실제 기기를 모사한 ‘디바이스 트윈’을 연동해, 로봇을 입었을 때의 근력 증강 효과나 움직임의 부자연스러움 등을 소프트웨어만으로 정밀하게 검증할 수 있다.

연구진은 기술 완성을 위해 네 가지 핵심 요소를 확보했다. 우선 사용자의 신체 조건과 질환별 특성을 반영해 개인 맞춤형 ‘신경·근골격 디지털 휴먼’을 생성하는 기술이다. 여기에 로봇의 역학적 구조와 제어 알고리즘을 반영한 ‘디바이스 트윈’을 결합해 다양한 로봇 형태에 적용할 수 있는 확장성을 갖췄다.

두 트윈을 연동한 시뮬레이션 기술은 가상 환경에서 로봇과 사람 간의 상호작용을 정밀하게 재현한다. 이를 통해 착용성이나 사용성 등 기존에는 사람의 주관적 느낌에 의존했던 평가 요소들을 수치화된 데이터로 산출할 수 있게 됐다. 설계 단계에서부터 최적의 알고리즘을 찾아낼 수 있어 대규모 피험자 모집이나 반복적인 착용 실험 부담을 덜게 된 것이다.

기술의 실효성은 부산대학교병원 글로컬임상실증센터와의 공동 연구를 통해 입증됐다. 연구진은 실제 환자들이 웨어러블 로봇을 착용하고 수행한 임상 평가 결과와 디지털 트윈 시뮬레이션 결과를 비교 분석했다. 그 결과 공인 타당도(상관계수)가 0.6 이상으로 나타나, 가상 실험 결과가 실제 임상 결과와 상당히 유사하다는 신뢰성을 확보했다.


김우진 ETRI AI로봇UX연구실 기술총괄은 “가상의 사용자 조합을 통해 최소한의 임상시험만으로도 최적의 디바이스 사양을 도출할 수 있게 됐다”고 설명했다. 윤대섭 연구실장 또한 “확보된 원천 기술을 재활 로봇뿐만 아니라 보행 보조기기, 산업용 웨어러블 로봇 등 다양한 분야로 확대 적용할 계획”이라고 전했다.

연구진은 해당 기술을 로봇 제작 업체 등에 이전하여 상용화를 추진하는 한편, 후속 연구를 통해 기술 완성도를 높여나갈 예정이다.