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전 세계적으로 의료기술의 발달, 장애 및 노인인구의 증가로 재활로봇관련 시장이 지속적으로 확대되고 있고 5년 이내에 재활로봇시장은 2조원 규모로 급증할 예정이다. 장애인실태조사에 따르면 국내 장애인 중 65세 이상 비율과 1인 가구 비율이 증가함에 따라 치료재활 및 일상생활보조를 위한 재활로봇에 대한 투자 확대가 필요함을 알 수 있다.
국제보건기구(WHO)의 국제협력사업 GATE(Global Cooperation on Assistive Health Technology) 등에 의해 로봇기기를 포함한 AHT(Assistive Health Technology) 제품에 대한 관심이 급증하고 있는 상황에서, 우리나라는 저가격 및 고급형 재활로봇에 대한 지속적 선제 대응이 절실한 상황이다.
현재 국내재활로봇의 기술적 연구개발은 지속적인 지원이 이루어지고 있으나, 임상적용 및 상용화 장벽이 높아 상품화된 사례가 많지 않고 국외재활로봇이 주류를 이루고 있다.
보건복지부 국립재활원(서울 강북구 소재, 원장 이성재) 재활로봇중개연구사업단(이하 사업단)은 재활로봇의 임상진입 및 상용화를 특화하여 지원할 수 있는 국내유일의 중개연구사업단이다.
사업단의 목적은 최적의 재활로봇중개연구 인프라를 통해 기존의 기술 중심의 연구결과와 임상연구 간의 연계를 촉진하여 재활로봇 등 재활보조기술산업을 육성하고 장애인 및 노약자의 삶의 질을 향상시키는데 있다.
사업단은 국립재활원의 300병상 규모의 국내 최대 재활병원 및 재활연구에 특화된 재활연구소를 바탕으로 재활의학전문의, 치료사, 간호사, 환자, 장애인 및 공학자, 사회학자의 참여를 통한 적극적인 융합연구 및 중개임상연구가 가능한 인프라를 갖추고 있다.
재활로봇중개연구사업은 (1) 재활로봇중개연구 연구개발용역사업, (2) 재활로봇중개연구 내부연구사업, (3) 재활로봇중개 테스트베드 구축으로 구성되어 다양한 지원 및 시도가 진행되고 있다.
사업단은 2013년 발족되어 올해로 3년차에 접어들고 있다. 타 부처를 포함한 기존의 다양한 기술적 연구결과물을 바탕으로 임상진입을 위해 가속화하였기 때문에, 2개년이라는 짧은 기간에도 불구하고 시제품 12건, 특허 21건, 학술지 10건, 학술대회 30건, 임상시험 및 사용성 평가 19건, 워크숍/심포지엄 4건 등 많은 성과가 가시화되었다.
특히, 재활로봇중개연구 연구개발용역사업을 통해 손/어깨/무릎 등 다양한 재활로봇의 개발과 관련해 재활관련 국내 최고의 연구자들을 지원하고 있다. 중개연구 특성상 다년간의 지속적 지원이 필요하며 내년부터는 임상으로 진입하는 기기가 등장할 것으로 기대된다.
‘편마비 장애인이 한 손으로 이용 가능한 실내 전동형 보행 보조기구’등 경쟁력 있는 특허(10억당 2.62건)는 향후 재활로봇의 발전에 있어 핵심기술이 될 것으로 예상되며, 다수의 완성도 높은 논문도 발표되어 국내·외에서 사업단의 위상을 높이고 있다.
국립재활원은 재활로봇 중개연구지원, 테스트베드 운영을 통해 재활로봇 분야에 있어 기술과 임상적용 사이의 연결에 있어 컨트롤타워 역할을 하고 있고 더 강화할 예정이다.
재활로봇중개연구 테스트베드는 국립재활원 나래관 2층에 ‘재활로봇 짐(면적 234 m2)’이라는 이름으로 작년 10월말부터 운영이 시작되었다. 상지재활로봇 Armeo Power, 손재활로봇 Amadeo, 착용형 무릎외골격로봇 Bionic Leg 등 선진 재활로봇 및 fNIRS(근적외분광분석법을 이용해 뇌혈류의 변화를 측정하는 기기) 등 측정·분석용 장치 도입을 통한 재활연구 중개연구 인프라를 구축하여 재활로봇 운용노하우를 쌓고 있다. 향후 비교임상중개연구를 수행함으로써 산·학·연의 다양한 연구자들과의 공유 공간으로 적극적으로 활용도를 높일 예정이다.
또한, 다양한 연구자들과의 정보공유, 협력, 홍보를 위한 재활로봇중개연구 심포지엄과 손, 팔, 다리 등 부위별 소규모 재활로봇워크숍을 매년 개최하고 있다.
향후에도 재활로봇중개연구사업단은 재활로봇중개연구를 통해 기술을 개선하여 임상연계를 가속화할 예정이다. 동시에 중개 및 임상연구 전문가 집단을 육성하고 재활로봇 운용 경험 축척, 시장육성 및 삶의 질 향상을 중심으로 장애인 및 노약자를 위한 재활로봇중개연구의 최적의 인프라를 제공할 예정이다. 기존의 기술 중심의 연구결과와 임상연구 간의 연계를 짧은 기간, 적은 비용, 높은 효율 하에 촉진하고자 한다.
재활로봇중개연구 사례
‘Exo-Glove’라는 시제품은 수 년 전 서울공대(조규진 교수팀)에서 연구한 기술에 대해 중개연구지원을 통해 개선된 결과물이다. 유연한 착용형 손 재활 로봇의 완성도가 제고되어 장애인의 손 동작을 보조할 수 있으며 현재 상용화에 근접한 제품개발을 포함한 중개연구가 진행하고 있다. 이 외에도 다양한 학교, 연구소의 결과물이 중개연구를 통해 재활로봇으로 임상에 활용될 것으로 예상된다.
‘보급형 상하지 보행운동기기’는 뇌졸중 장애인들이 보행궤적 기반으로 안전하고 편안하게 보행운동을 할 수 있는 기기로 현재 상용화를 위한 사용성 평가 및 시험을 진행 중이다.
재활로봇중개연구 사업내용
1. 사업 내용
가. 사업목표: 재활로봇 기술개선과 임상연계 가속화를 통한 재활산업 창출 및 삶의 질 향상
나. 사업소개
재활로봇중개연구 연구개발용역사업
- 기업/연구소/학교 중개연구 지원 (기존 로봇기술을 바탕으로 재활로봇 임상 진입 활성화)
재활로봇중개연구 내부연구사업
- 중개연구 기반 확보를 위한 내부연구 수행(선진재활로봇에 대한 임상연구, Reverse 중개연구, 기존기술 중개연구)
비교임상 및 노하우축적을 위한 테스트베드 구축
- 임상연구 인프라 구축. 최첨단 상·하지 재활로봇, 측정장비 등 테스트베드 구축, 이를 활용한 벤치마킹 및 운용 노하우 획득, 비교 임상 연구 수행
다. 중개연구의 개념
중개연구라는 개념은 기초와 임상을 연계하기 위해 등장하였고, 점차 의미가 확대되고 있다 (중개연구의 개념과 성공 조건, 김석관, 과학기술정책연구원, 2013년). 재활로봇분야의 중개연구 지원은 국립재활원이 국내 최초로 시도하고 있다. 기초연구를 임상 적용으로 보다 짧은 기간, 적은 비용, 높은 효율로 전환하기 위해 노력하는 것이 중개연구의 핵심적 가치이다. 국립재활원 재활로봇중개연구사업단은 재활분야에 있어 기존의 로봇 등의 기술을 임상으로 연결하는 데 집중하고 있다.
라. 중개연구사업 과제
2013년도에는 재활로봇중개연구 연구개발용역사업 6개 과제, 재활로봇중개연구 내부연구사업 6개 과제 진행하였고
- 2013년 연구개발용역사업 과제목록
① 일상생활 수행용 능동 보조 외골격 로봇 팔 개발: 한국산업기술대학교(이산솔루션)
② 하지 외골격 로봇 시스템 및 구동모듈: 연세대학교(티이에스)
③ 중증장애인의 사회참여 증진을 위한 손작업 로보틱가젯 개발: NT메디
④ 뇌졸중 환자 손의 신경역학적 정량화를 위한 기구 제작 및 분석: 경희대학교
⑤ 유연한 착용형 손재활 로봇 개발: 서울대학교
⑥ 뇌신경세포 신호 및 뇌피질전도를 사용한 뇌-기계 인터페이스 기반연구: 서울대학교병원
2014년도에는 재활로봇중개연구 연구개발용역사업 7개 과제, 재활로봇중개연구 내부연구사업 6개 과제 진행하였으며
- 2014년 연구개발용역사업 과제목록
① 재활로봇을 위한 가변 강성 엑추에이터 모듈 개발: KIST
② 레일 주행형 하네스 시스템의 개발: CAMTIC(전북대학교, 이지스텝코리아)
③ 장애인을 위한 하지재활로봇 중개연구: HMH 주식회사
④ 재활로봇중개연구 지식재산권 창출 및 특성화 전략 수립: 장한 특허법인
⑤ 보행재활로봇의 임상적 평가를 위한 뇌활성도 측정 및 분석기술 개발: DGIST(계명대학교병원)
⑥ 보행재활로봇의 사회참여 증진을 위한 손작업 로보틱 가젯 개발: NT메디
⑦ 뇌졸중 손의 신경역학적 분석을 위한 기구개발 및 적용: UNIST
2015년도에는 재활로봇중개연구 연구개발용역사업 7개 과제, 재활로봇중개연구 내부연구사업 6개 과제를 진행하고 있으며 재활로봇중개연구용역사업 3개 과제의 공고가 진행 중이다.
- 2015년 연구개발용역사업 과제목록
① 유연한 착용형 손 로봇 상용화 개발: 서울대학교
② 침습적 뇌신경세포 신호를 사용한 뇌-기계 인터페이스 시스템 구현 및 검증: 서울대병원
③ 건측 및 환측의 움직임을 모사한 양팔형 주관절 보조 로봇 고도화 개발: 시드테크(연세대학교)
④ 재활로봇관련 기술분야별 지적재산권(IP) 창출 전략 수립: 특허법인 명인
⑤ 보급형 어깨 관절 재활 운동 로봇 개발: KAIST
⑥ 신경학적 운동제어 기전에 기반한 뇌졸중 환자의 손목 근육 조정력 결손 메커니즘 분석 및 재활치료가 가능한 장치개발: 경희대학교
⑦ 재활로봇 다부처 협력 기획 및 피험자 정보 관리 기획: 동의대학교
국립재활원 재활로봇중개연구사업단 재활로봇짐
주요장비 목록
- Armeo Power, Armeo Spring(상지재활로봇)
각 관절부의 모터가 컴퓨터로 전자동제어 가능하며 상지에 장애 요인이 있는 환자에게 고강도의 반복훈련이 가능한 상지재활 3D로봇
상지재활로봇 관련 비교임상중개연구에 활용 및 운영노하우 획득
- Amadeo(손재활로봇)
·손가락 기능의 Isometric 근력측정 및 ROM 평가가 가능한 손가락 기능 회복 및 초기 재활을 위한 시스템
·손의 기능적 재활센서 시스템을 통한 재활연구에 활용
- JACO(연구용 로봇팔, 6개관절과 3개의 손가락으로 구성되어 휠체어에 부착 가능한 로봇): 경량 로봇(5.7kg)
·6개의 자유도로 팔의 움직임이 가능하며 유니버셜 인터페이스를 통해 의료장비, 컴퓨터와 호환가능
·상지활동이 불편한 분들의 팔과 손의 작용을 필요로 하는 응용분야의 연구에 활용
- Haptic Master(경직연구용 로봇팔)
경직연구에 적합한 Stiffness가 강한 로봇
정확하게 힘을 측정 및 제어 가능하여 촉각기능 자극을 통한 재활 연구에 활용
- Bionic Leg(하지외골격로봇)
·보행훈련 및 근력강화 운동이 가능한 움직이는 착용형 로봇재활시스템
·뇌졸중, 외상성 뇌손상환자 등 다양한 질환의 환자들을 대상으로 재활로봇 연구에 활용
- G-EO SYSTEM(하지보행훈련 로봇)
진보적인 end-effector gait 재활 로봇 시스템
소아를 포함한 다양한 장애인 군의 보행 재활을 위한 임상연구와 치료에 활용
- C-mill(보행분석 트레드밀)
듀얼 벨트로 왼발, 오른발 각각의 측정 및 트레이닝 가능
보행 및 러닝 분석을 통한 관련 재활연구에 활용
- fNIRS(뇌영상 측정장치)
비침습적이며, 광원 안정성이 뛰어남. 근적외선 뇌영상 측정장치 및 부대장치
산소화 및 탈산소화 헤모글로빈의 상대변화 지수 측정을 통한 재활연구에 활용
- Noraxon System(무선근전도 시스템)
사용자의 동작 시 근육에서 발생하는 생체 신호를 무선으로 측정 평가하는 장치
·활로봇중개 임상연구의 평가 및 분석에 활용
- g.nautilus(무선뇌전도 시스템)
Active electrode를 장착한 초소형 무선뇌파신호 분석기
뇌의 전기적인 활동을 머리 표면에 부착한 전극에 의해 비침습적으로 전기신호를 측정하여 연구에 활용
출처: 미즈데일리
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