사진설명. 이기욱 교수 연구팀(왼쪽부터 김재혁 박사, 문준영 박사, 이기욱 교수)

기계공학부 이기욱 교수 연구팀의 최신 연구가 로봇공학 분야 세계적 권위 학술지인 The International Journal of Robotics Research (IJRR) 2025년 4월호에 게재됐다. 본 논문은 반복 작업 환경에서 사용자의 보조 필요 조건에 따라 보조 토크를 선택적으로 조절할 수 있는 어깨 착용형 엑소슈트 ‘AD Exo’의 설계 원리 및 성능 평가 결과를 다루고 있다.

연구팀은 AD Exo의 핵심 기술로 탄성 퍼텐셜 에너지장을 구조적으로 형상화하는 원리(FSP1, FSP2)를 도입하였다. 이를 통해 보조 토크 전환 시 소비되는 에너지를 약 0.9J 수준으로 억제하면서도 최대 6.37Nm의 토크 조절 범위를 제공할 수 있도록 설계했다. 사용자는 손가락에 장착하는 소형 제어 글러브의 버튼을 통해 보조력 수준(LOW, BASE, HIGH)을 간편하게 전환할 수 있으며, 이는 다양한 작업 부하에 대응 가능한 사용자 맞춤형 지원을 가능하게 한다.

본 연구는 특히 엑소슈트를 착용한 상태와 미착용 상태에서의 어깨 근육 활성도(%MVC)를 비교한 실험을 통해, AD Exo의 보조력이 적절히 적용된 조건에서 평균 %MVC가 최대 25%까지 감소하는 유의미한 피로 저감 효과를 확인하였다. 이러한 결과는 반복적 하중 작업 환경에서의 누적 근육 피로 저감 가능성을 시사하며, 향후 근골격계 질환 예방 및 작업 능률 향상에 기여할 수 있는 기술로 기대된다.

그림설명: AD Exo and elastic potential energy field shaping.

AD Exo는 약 4.5kg의 경량 구조로 설계되었으며, 제어 인터페이스인 글러브는 손가락에 쉽게 착용 가능한 소형 장치로 구성되어 있어, 작업 중에도 보조력 조절이 손쉽게 가능하다. 연구팀은 향후 다양한 산업 환경과 사용자 요구에 맞춘 확장 설계를 지속적으로 추진할 계획이다.

이기욱 교수는 “토크 조절 가능성과 에너지 효율을 동시에 확보한 구조 설계를 통해 착용자의 부담을 줄이고, 실제 산업 현장의 요구에 부합하는 엑소슈트를 구현할 수 있었다 ”며, “향후 다양한 작업 조건과 사용 시나리오에 최적화된 응용 설계를 이어갈 계획”이라고 밝혔다.

이번 연구는 산업통상자원부 산업전략기술개발사업(과제번호: 20007058)과 한국의료기기개발사업(RS-2022-00140621)의 지원을 받아 수행되었으며, 이기욱 교수가 책임연구자로 참여하였고 김제혁·문준영 박사 연구원이 공동 제1저자로 그리고 윤지환, 김수민, 이상의 연구원이 공동연구원으로 참여하였다.