실시간 근육 움직임 찾아
사용자 동작 따라 근육 제어
모든 신체활동 보조 가능


착용자가 원하는 대로 전기로 근육과 관절을 제어해 일상 활동과 근육 발달을 도와주는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 23일, 근육에서 발생하는 근활성 신호에 전기자극을 주어 착용자가 원하는 대로 관절을 움직이게 하는 보행보조시스템을 개발했다고 밝혔다.

원하는 근육 위치에 패치를 붙이고 활동하면 시스템이 사용자의 동작 의도를 파악한 뒤, 자연스럽게 동작을 제어해 자유도가 높고 편한 활동이 가능하다. 모든 신체활동에 적용할 수 있어 고령인의 근감소증이나 재활인의 활동, 보행장애 개선에 도움이 될 전망이다.

우리 몸의 근육은 작은 양의 전류만 줘도 수축하기에 전기를 통해 인위적인 근육의 수축을 유발할 수 있다.

저주파 자극기, EMS 장비, 물리치료기 등이 이러한 원리를 이용한 제품들이나, 작동 시간과 패턴 등이 이미 프로그래밍 된 대로만 작동한다. 이로 인해 사용자 의도를 파악하지 못하거나 반복 동작만 적용 가능해 효과적인 활용에 한계가 있었다.

연구진은 근육 신호로부터 실시간으로 사용자의 의도를 알아내 사용자별로 적합한 미세한 전기 신호(5~35mA)를 근육에 주어 운동을 보조할 수 있는 기술을 개발했다. 사용자가 움직일 때 근육에서 발생하는 신호에서 관절 방향, 동작 세기를 파악하는 동시에 전기자극으로 근육의 수축을 제어하는 방식이다.

신체활동 보조 효과를 알아보기 위해 연구진은 고령인을 대상으로 하지 근육 8곳에 시스템을 부착한 뒤, 삼육대학교와 위탁연구를 통해 보행 기능 개선을 위한 탐색 임상 시험을 2년간 진행했다.

실험 결과, 걷거나 계단을 오를 때 신체기능평가 점수가 향상되었고 근육 사용률이나 활동에 필요한 에너지가 줄었음을 알 수 있었다. 보행속도 13% 증가, 근육량 증가, 지면 반발력이 뚜렷해지면서 보행이 더욱 정상화되는 개선 효과가 있었다.

연구진은 여러 복잡한 근활성 신호 중 자발근 활성 신호를 검출하는 정확도를 98%까지 향상하는 알고리즘을 개발하면서 본 성과를 낼 수 있었다고 설명했다.

이번에 개발된 보행보조시스템은 데이터를 취득하고 연산 및 전기 신호를 지시하는 17 × 6cm 크기의 패치와 근육 신호를 센싱하는 센서와 전기자극 모듈, 컨트롤러 등으로 구성되어 있다.

무게는 배터리를 포함해 약 950g으로 착용에 부담이 없다. 현재는 원하는 위치에 부착할 수 있는 전극이 선으로 연결되어 있지만, 향후 상용화 시 무선으로도 가능하다.

ETRI 신형철 휴먼증강연구실장은 “향후 상용화를 위해 개발한 모듈 경량화와 인공 근육과 함께 활용할 방안도 연구할 계획”이라고 밝혔다.

한편, 연구진은 운동상황 및 근육 관련 임상실험 데이터를 모아 완성도를 높여 관련 업체에 기술 이전을 추진해나갈 예정이다. 또한, 와이어 구동 등 다른 근력 증강 및 보조 방식 등을 복합적으로 이용하는 연구도 진행하고 있다.