[과학을읽다]"입는 로봇이 온다"…근육옷감 자동직조로 초경량 웨어러블 시대 연다

기계연, 근육옷감 대량생산 기술 개발…3관절 동시 보조·840g 어깨 로봇까지 구현

옷처럼 입는 로봇이 현실로 다가왔다. 한국기계연구원이 머리카락보다 가는 형상기억합금 코일실을 옷감처럼 직조해 초경량 '근육옷감'을 자동으로 대량 생산할 수 있는 장비를 개발하면서, 의복형 웨어러블 로봇의 상용화가 한층 가까워졌다.

국가과학기술연구회 산하 한국기계연구원 인공지능(AI) 로봇연구소 박철훈 책임연구원 연구팀은 형상기억합금 코일실을 연속으로 직조해 '근육옷감(muscle fabric)'을 만드는 자동직조장비를 개발했다고 29일 밝혔다.

근육옷감을 적용한 팔꿈치·어깨·허리 동시 보조 의복형 웨어러블 로봇. 이 로봇은 무게가 2kg 미만으로 가볍고 착용이 간편하며, 중량물 작업 시 근력 사용을 40~50%까지 줄여줄 수 있다. 한국기계연구원 제공.

옷감처럼 짜는 인공근육, "10g으로 15kg 들어올린다"

기계연이 개발한 장비는 머리카락 굵기의 1/4 수준(직경 25㎛)인 형상기억합금 와이어를 코일 형태로 가공해, 이 실을 직조해 근육옷감을 연속 생산할 수 있다. 이 옷감은 무게 10g으로 10~15㎏을 들어 올릴 수 있을 만큼 강력하면서도 유연해, 의복형 웨어러블 로봇의 핵심 구동기로 활용된다.

기존에는 금속 심선을 사용한 코일실이 늘어나는 비율(연신율)이 낮아 자동 직조가 어려웠지만, 연구팀은 금속 대신 천연사를 중심실로 사용하는 방식을 고안해 이를 해결했다. 직조기의 구조를 새로 설계하고 제작 공정도 개선함으로써 균일한 품질의 근육옷감을 자동으로 연속 생산할 수 있게 됐다.

연구팀은 이 근육옷감을 적용해 팔꿈치·어깨·허리 3관절을 동시에 보조하는 의복형 웨어러블 로봇을 세계 최초로 개발했다. 무게는 2㎏ 미만으로, 착용자의 근육 사용량을 40% 이상 줄이는 효과가 확인됐다.

기존 웨어러블 로봇은 모터나 공압 구동기를 사용해 무겁고 소음이 커 실제로는 일부 관절만 보조하는 데 그쳤다. 반면 기계연의 근육옷감 구동기는 가볍고 조용하며 복잡한 관절에도 자연스럽게 순응해 능동적인 보조가 가능하다.

근육옷감 연속 대량생산을 위한　자동직조기 및 제작품. 한국기계연구원 제공

초경량 어깨 로봇, 환자 어깨 움직임 57% 개선

연구팀은 세계 최고 수준의 840g 초경량 어깨 보조 로봇도 개발했다. 이 로봇은 듀센 근이영양증 등 근육 약화 환자를 대상으로 서울대병원에서 진행한 임상시험에서 어깨 움직임이 57% 이상 개선되는 효과를 보였다.

가벼워 일상생활에서 부담 없이 착용할 수 있으며, 환자의 독립적 활동을 돕는 재활·보조 장치로 활용 가능성이 크다.

박철훈 책임연구원은 "의복형 웨어러블 로봇의 핵심 기술인 근육옷감 대량생산 장비를 통해 의료, 물류, 건설 등 다양한 현장에서 국민 삶의 질을 높이게 될 것"이라며 "기계연이 축적한 웨어러블 로봇 기술을 하루빨리 상용화해 시장을 선도하겠다"고 말했다.

이번 연구는 기계연 기본사업(ACE), 산업통상자원부 로봇산업핵심기술개발사업, 서울대병원 소아암·희귀질환지원사업단의 '이건희 소아암·희귀질환 극복사업'의 지원으로 수행됐다. 성과는 재활공학 분야의 국제학술지 IEEE TNSRE(Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering) 2025년 10월호 온라인판에 게재됐다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr