작업중 허리부상 방지 "스마트 수트" 세계최초 개발

허리 부상 위험이 낮은 자세로 유도하는 무동력 가변 신축성 엑소수트가 서울대 연구팀에 의해 세계최초로 개발됐다.

서울대학교 기계공학과 조규진 교수(인간중심 소프트 로봇기술 연구센터장)와 기계공학부 윤성식 연구원, 공동저자인 서울대병원 재활의학과 김기원 교수와 서울대 체육교육과 안주은 교수 공동연구팀이 착용자의 리프트 동작을 부상 위험이 낮은 스쿼트 형태로 유도하는 무동력 가변 신축성 엑소 수트 개발에 성공했다고 26일 밝혔다.

이 연구개발에 관한 논문은 엑소 수트를 이용해 사람의 근력 보조와 더불어 동작 패턴 개선에 대한 가능성을 제시한 연구로 인정받아 저명한 국제 저널인 ‘사이언스 로보틱스(Science Robotics)’에 8월 25일 자로 게재됐다.

일반적으로 무거운 물체를 들어 올리는 작업은 허리에 많은 부담을 가하고 부상을 유발할 수 있다.

따라서 무게가 나가는 물체를 들어 옮겨야 하는 작업시 허리부상 등을 예방하기 위해서는 등을 숙이는 '스툽 동작' 대신 무릎을 구부려서 물체를 들어 올리는 '스쿼트 동작'이 필요하다.

그러나 인체 구조상 사람들은 스툽 동작을 더 편하게 느끼며 습관화돼 있는 경우가 많다.

지금까지 자세 교정에 사용된 착용형 장치들은 대부분 허리를 움직이지 못하게 고정하고 압박하는 선에서 그쳤다. 하지만 안전한 리프트를 위해서는 등, 고관절, 무릎 등 다수의 관절들을 일사불란하게 움직여서 사람에게 바람직한 '스쿼트 동작'을 유도할 수 있는 착용형 장치가 필요하다.

조규진 교수 연구팀은 착용자가 취하는 동작에 따라서 신축성이 변화하는 엑소수트를 세계 최초로 개발했다. 엑소수트를 개발한 윤성식 연구원은 “이러한 수트의 설계의 핵심은 연구팀이 개발한 신체 구동식 가변 신축성(Body-powered variable impedance) 기술”이라고 밝혔다.

이 기술로 개발된 엑소슈트는 원단, 스트랩, 고무줄 등의 유연한 재료로 구성된 전신 슈트이며 동력원이 필요 없으며 무게(850g)도 가벼운 것이 특징이다.

이 슈트는 착용자가 다리를 펴고 등을 구부릴 때 신축성이 낮아지며 착용자의 스툽 동작을 불편하게 하여 올바르지 않은 리프트 자세를 억제하는 브레이크처럼 작용하며 착용자가 등을 펴고 무릎을 구부릴 때는 신축성이 높아져 착용자가 편하게 스쿼트 동작을 취할 수 있게 한다.

또한 슈트의 신축 과정에서 고무줄에 저장된 에너지는 물건을 들고 일어날 때 보조하는 힘으로 작용해 착용자가 더 적은 힘으로 스쿼트를 할 수 있도록 도와준다. 사용 목적에 따라서 엑소 슈트의 고무줄을 바꿔주면 슈트가 착용자의 리프트를 많이 또는 적게 도와주도록 설정할 수 있다. 동작이 스쿼트 형태에 가까워질수록 신축성이 높아지고 움직임이 편해지는 이 엑소 슈트는 착용자로 하여금 자발적으로 리프트 동작을 개선하도록 유도하는 효과가 실험을 통해 밝혀졌다.

이전에 엑소 슈트 사용 경험이 없는 10명의 사람들을 대상으로 한 실험에서 10명 중 9명이 슈트를 착용한 직후, 리프트 자세가 스쿼트 형태에 가까워지는 방향으로 개선된 것으로 나타났다.

또한 탄성 에너지의 저장 및 방출로 스쿼트를 도와주는 효과로 인해 10명 중 9명의 사람들은 슈트를 통해 스쿼트 동작 시 소모되는 대사 에너지를 절감할 수 있었다(10명 평균 대사 에너지 소모량 5.3% 감소). 이러한 엑소 슈트의 작용은 리프트 작업에서 작업자들의 허리 부상을 줄이고 작업 효율을 높여주는 효과가 있을 것으로 기대된다.

또한 이 연구에서 개발된 ‘신체 구동식 가변 임피던스’ 기술은 리프트뿐만 아니라 다양한 운동 분야의 특성에 맞춰서 개량될 수 있을 것으로 보인다.

연구책임자인 조규진 교수는 “연구팀이 개발한 기술은 추후 다양한 작업, 스포츠에 접목돼 바른 동작을 유도하는 의복으로 발전해 착용자의 역량을 향상시키고 부상을 방지하거나 통증을 완화하는 데에 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.