[정보통신신문=서유덕기자]

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.

기존 웨어러블 로봇 개발은 시제품 제작 이후 실제 사용자를 대상으로 반복적인 착용 실험을 수행해야 해 시간과 비용 부담이 컸다. 기기를 제작해 사람이 착용하고 시험하는 과정을 수차례 반복해야 했으며, 문제 발생 시 재설계와 추가 실험이 불가피했다.

반면 이번에 개발한 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 있다. 

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.

실제 사람을 대신하는 디지털 휴먼과 실제 기기를 대신하는 디바이스 트윈을 가상 환경에서 결합해 웨어러블 로봇의 설계와 성능을 소프트웨어(SW)적으로 정밀 검증할 수 있게 된 것이다.

구체적으로, 연구진은 이번 연구를 통해 △신경·근골격 디지털 휴먼 트윈 생성 기술 △물리 기반 디바이스 트윈 생성 기술 △디지털 휴먼-디바이스 연동 시뮬레이션 기술 △웨어러블 로봇 성능·사용성 통합평가 시스템을 확보했다.

먼저, 신경·근골격 보조가 필요한 사용자의 신체적·인지적 특성을 정량적으로 모델링해 개인별 맞춤형 디지털 휴먼 트윈을 생성함으로써 다양한 임상 대상군의 특성을 정밀하게 반영한 가상 사용자를 구현할 수 있게 됐다.

또한 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.

아울러 디지털 휴먼과 디바이스 트윈 간 상호작용을 가상 환경에서 정밀하게 재현해 착용성, 사용성, 상호작용성을 정량적으로 평가함으로써 임상시험 횟수와 비용을 크게 줄이면서도 사용자에게 최적화된 설계와 제어 알고리즘을 도출할 수 있게 됐다.

이밖에 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 통합평가 시스템의 공인 타당도를 상관계수 0.6 이상으로 확보해 실제 환자를 대상으로 수행한 웨어러블 로봇 평가 결과와 유사한 수준의 신뢰성을 입증했다.

김우진 ETRI AI로봇UX연구실 기술총괄은 “기존에는 웨어러블 디바이스 성능 검증을 위해 실제 사용자를 대상으로 한 착용 실험이 필수적이었다”며 “이번에 개발한 디지털 트윈 기반 기술을 활용하면 다양한 사용자 특성을 가상으로 조합·검증해 최소한의 임상시험만으로도 최적의 기기 사양과 제어 알고리즘을 사전에 도출할 수 있다”고 설명했다.

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 전했다.

박종환 부산대병원 융합의학과 교수는 “연구진의 로봇 평가·검증기술은 향후 웨어러블 로봇뿐만 아니라 다양한 로봇 개발에 필수적인 SW 기술로 주목받을 것”이라며 “이번 기술 개발을 계기로 관련 연구가 활성화될 것으로 기대한다”고 말했다.

연구진은 이번 성과를 웨어러블 로봇 제작업체와 로봇 전문 제조 기업 등에 기술이전하고, 후속 연구개발 과제를 통해 상용화를 추진해 기술 완성도를 높여 나간다는 계획이다.