‘IEEE Transactions on Robotics’에 논문 발표…잠수사 다이빙 능력 제고
중국 베이징대 첨단 제조 및 로봇공학과 왕츠닝(Wang Qining) 교수팀이 다이버의 무릎 움직임을 보조하는 세계 최초의 휴대용 수중 외골격 시스템을 개발하는 데 성공했다고 테크엑스플로어가 17일(현지시간) 보도했다. 이 시스템은 다이빙 중 공기 소비량과 근육 사용량을 획기적으로 줄여줄 수 있다.
연구팀에 따르면, 지구 표면의 71%를 차지하는 바다는 탐사 및 자원 개발의 핵심 공간이다. 그러나 수중 이동은 육상 보행보다 훨씬 더 많은 에너지를 필요로 하며, 다이버들은 끊임없이 물의 저항을 극복해야 하므로 지구력과 활동 범위가 제한된다. 웨어러블 외골격은 지상에서 에너지 사용을 줄이는 데 큰 가능성을 보여주었지만, 독특한 생체역학적, 환경적 제약으로 인해 이 기술을 수중 조건에 적용하는 것은 오랫동안 어려운 과제였다.
이번 연구는 동력 외골격이 극한 환경에서도 노동의 효율성을 높일 수 있음을 입증하며, 지상 적용을 넘어 그 활용 범위를 확장할수 있는 가능성을 제공한다. 다이버의 신체적 부담과 산소 소비량을 낮춤으로써 이러한 시스템은 잠수 시간을 연장하고, 안전성을 개선하며, 피로를 줄여 해양 연구, 수중 건설, 다이버 훈련 등 다양한 분야에 잠재적으로 응용될 수 있다.
연구팀은 ‘플러터 킥(flutter kick, 다이빙 발차기)’ 중 다이버를 보조하는 케이블 구동식 수중 무릎 외골격을 개발했다. 이 시스템은 동작 센서와 힘 기반 제어를 사용해 무릎에 실시간 보조 토크(assistive torque)를 제공한다.
6명의 숙련된 다이버를 대상으로 테스트한 결과 동력 외골격을 착용한 다이버들은 외골격 없이 일반 다이빙을 할 때와 비교해 △공기 소비량 22.7% 감소 △허벅지 앞 근육 활성화 20.9% 감소 △장딴지 근육 활성화 20.6% 감소 등 효과를 나타냈다. 다이버들은 로봇의 보조에 잘 적응했으며, 자연스러운 움직임 패턴을 보였고 에너지 효율성이 향상됐다.
이번 연구는 잠수사들의 다이빙 능력을 향상시키고 신체적 부담을 줄일 수 있다. 해양 연구 및 수중 작업에 적용 가능하며 다이버 훈련 및 생체역학 분야에 새로운 통찰력을 제공할수 있을 것으로 기대된다.
연구팀은 웨어러블 로봇 공학을 수중 환경으로 확장함으로써, 인간과 해양 간의 연결을 강화하는 미래의 보조 장치 개발을 위한 토대를 마련했다고 주장했다. 이번 연구 성과는 학술 전문지인 ‘IEEE Transactions on Robotics’에 발표됐다.(논문 제목:An Underwater Exoskeleton for Scuba Diving: Reducing Air Consumption and Muscle Activation Through Knee Assistance)
백승일 기자 robot3@irobotnews.com