[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 웨어러블 로봇 개발 과정에서 사람이 직접 기기를 착용하지 않고도 성능과 사용성을 검증할 수 있는 기술을 개발하는 데 성공했다.
한국전자통신연구원(ETRI)은 실제 사용자가 착용하지 않아도 웨어러블 로봇의 성능과 사용성을 사전에 검증할 수 있는 ‘디지털 휴먼-디바이스 트윈 기반 웨어러블 로봇 통합평가 기술’을 개발했다고 22일 밝혔다.
이번에 개발된 기술은 부산대병원 글로컬임상실증센터와의 공동 실험을 통해 유효성이 검증됐다.
실제 환자들이 웨어러블 로봇을 착용한 상태에서 근력 증강, 재활치료, 기초기능검사 5종 등을 수행한 임상 평가 결과와 디지털 트윈 기반 시뮬레이션 결과를 비교·분석해 신뢰성 있는 평과 결과를 도출했다.
해당 기술은 신경·근골격 보조가 필요한 다양한 사용자를 가상 환경에서 정밀하게 구현함으로써 웨어러블 디바이스의 성능과 사용자 경험(UX)을 실제 착용 이전인 설계 단계에서 미리 검증할 수 있다는 점이 특징이다.
이를 통해 기존에 필수적으로 요구되던 대규모 피험자 모집과 반복적인 착용 실험에 의존하던 기존 개발 방식의 한계를 극복할 수 있을 것으로 기대된다.
연구진은 물리 기반 신경·근골격 디지털 휴먼 트윈과 웨어러블 디바이스 트윈을 연동한 디지털 트윈 기술을 활용한 웨어러블 로봇 통합 평가 체계를 구축했다.
이를 통해 실제 사람을 대신하는 디지털 휴먼과 실제 기기를 대신하는 디바이스 트윈을 가상 환경에서 결합해 웨어러블 로봇의 설계와 성능을 소프트웨어(SW)적으로 완벽하게 정밀 검증할 수 있게 됐다.
연구진은 이번 연구를 통해 네 가지 핵심 기술을 확보했다. 우선 신경·근골격 디지털 휴먼 트윈 생성 기술은 신경·근골격 보조가 필요한 사용자의 신체적·인지적 특성을 정량적으로 모델링해 개인별 맞춤형 디지털 휴먼 트윈을 생성할 수 있다.
이를 통해 다양한 임상 대상군의 특성을 정밀하게 반영한 가상 사용자를 구현했다.
또 물리 기반 디바이스 트윈 생성 기술은 웨어러블 디바이스의 동역학·정역학 구조, 제어 알고리즘, 센서 특성 등을 반영해 디지털 트윈을 생성할 수 있는 올인원(all-in-one) 소프트웨어 프레임워크를 구축함으로써 다양한 형태의 웨어러블 디바이스로의 확장성을 확보했다.
디지털 휴먼-디바이스 연동 시뮬레이션 기술은 디지털 휴먼과 디바이스 트윈 간의상호작용을 가상 환경에서 정밀하게 재현해 착용성, 사용성, 상호작용성을 정량적으로 평가할 수 있다. 이를 통해 임상시험 횟수와 비용을 크게 줄이면서도 사용자에게 최적화된 설계와 제어 알고리즘을 도출할 수 있다.
아울러 웨어러블 로봇 성능·사용성 통합평가 시스템은 시뮬레이션 결과를 종합해 웨어러블 디바이스의 성능과 사용성을 수치화하고, 이를 설계에 즉시 반영할 수 있는 평가 체계를 구축했다. 특히 기존에 정성적으로 평가되던 착용성, 사용성, 상호작용성 등 사용자 경험(UX)을 객관적인 지표로 검증할 수 있도록 했다.
ETRI는 해당 통합평가 시스템의 공인 타당도를 상관계수 0.6 이상으로 확보해, 실제 환자를 대상으로 수행한 웨어러블 로봇 평가 결과와 유사한 수준의 신뢰성을 입증했다고 밝혔다.
김우진 기술총괄은 “기존에는 웨어러블 디바이스 성능 검증을 위해 실제 사용자를 대상으로 한 착용 실험이 필수적"이라며 "이번에 개발한 디지털 트윈 기반 기술을 활용하면 다양한 사용자 특성을 가상으로 조합·검증해 최소한의 임상시험만으로도 최적의 디바이스 사양과 제어 알고리즘을 사전에 도출할 수 있다”고 말했다.
윤대섭 AI로봇UX연구실장은 “이번에 확보한 디지털 트윈 원천 기술을 재활 로봇, 보행 보조기기, 산업용 웨어러블 로봇 등 사용자 경험이 중요한 로봇 UX 분야로 확대 적용해 나갈 계획”이라고 했다.
