연구성과

2023년 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구실 지원사업 선정

- 약 3년간 총 13.75억 원 지원받아 기존의 한계점을 극복한 인체역학기반 엑소수트 개발 연구 수행 -

 

본교 기계공학과 신충수, 김남근, 김상엽, 정석환 교수로 이루어진 공동연구팀이 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 주관하는 2023년도 기초연구실 지원사업에 신규 선정되었다. 연구과제명은 「엑소-올프린티드 센싱수트 기반 보행능력 증강 기초연구실」로, 연구 기간은 2023년 6월부터 2026년 2월까지 약 3년이고 총 13.75억 원(연평균 5억 원)의 연구비를 지원받는다.

▲ (위 왼쪽부터) 신충수 교수, 김남근 교수

(아래 왼쪽부터) 김상엽 교수, 정석환 교수

 

기초연구실 지원사업은 심화된 연구주제를 중심으로 소규모 기초연구 그룹을 지원하여 국가 기초연구 역량 강화를 도모하는 집단연구사업이다. 특히 개척형 기초연구실은 국내에서 거의 시도되지 않은 새로운 분야의 창의적·도전적 연구 지원을 통해 역량 있는 젊은 연구자의 성장을 지원하는 목적을 가진 학술지원사업이다.

 

보행이나 일상동작을 보조할 수 있는 엑소수트(exo-suit)에 대한 기대와 요구는 우리 사회의 다양한 곳에서 지속적으로 증대하고 있으나, 엑소수트의 기술은 아직 현실에 적용되기에 많은 제한점을 가지고 있다. 본교 기계공학과 교수진으로 이루어진 공동연구팀은 낮은 착용성과 제한된 동작보조에만 머물렀던 기존 엑소수트의 한계점을 극복하기 위해 참여교수들의 전문성을 살려 융합연구주제를 제안하였다. 근골격계 생체역학 전문가인 신충수 교수가 생체역학 기반 엑소수트 시스템 설계, 실험 평가 및 과제를 총괄하며, 복합재료 및 센서 전문가인 김상엽 교수가 올프린티드 전자직물센서 수트 제작을 담당하고, 로봇 및 제어 전문가인 정석환 교수는 동작제어, 엑소수트 구동부 메커니즘 설계 및 제작을 수행하고, 신호처리 및 응용역학 전문가인 김남근 교수는 머신러닝을 이용한 센서 신호 처리와 및 엑소수트 시스템 최적화를 담당할 예정이다.

▲ 엑소-올프린티스 센싱수트 기반 보행능력 증강 연구 개요

 

연구팀에 따르면, 고전도성 나노입자를 의복에 컨포멀 코팅하고 전도선-직물의 일체화를 통해 일상의복과 같은 착용성과 기능성을 가진 센싱수트를 개발한다. 이를 통해 운동의 선행정보인 근육신호 등을 측정하고 인공지능을 활용한 신호처리를 통해 사용자의 의도를 반영한 최적의 보조력 토크를 추정한다. 또한 인체역학을 고려한 하드웨어 착용부와 구동 메카니즘을 설계 및 제작하고, 마지막으로 복수 보행환경 및 동작에서 인간대상 실험을 통해 엑소 올프린티트 센싱수트의 보행능력 증강을 검증할 예정이다.

 

인체모션 분석과 관절보조기기 개발을 통해 지속적으로 근골격계 생체역학 연구를 진행해온 신충수 교수(연구책임자)는 이번 과제 선정과 관련하여 “교수님들과 과제를 준비하며 많은 시간을 함께 고민해야 했지만 매우 즐거운 과정이었다”라고 전하며, “기존 기술과는 차별적인 센싱기술과 동작의도인식기술을 탑재한 인체역학기반 엑소수트 개발을 통해 일반인 보행보조 뿐만 아니라 궁극적으로 고령자, 보행질환자의 삶을 크게 개선할 수 있는 기술을 개발하고자 한다”라고 포부를 밝혔다.