[디지털투데이 석대건 기자] 한국생산기술연구원이 무게 1.1kg의 세계 최경량 무릎 웨어러블 로봇 '에어니(AirKNEE)'를 개발했다고 9일 밝혔다. 에어니는 무릎과 고관절 보조 로봇으로, 보행 시 에너지 소모와 근육 부담을 줄여준다.

생기원 인간중심로봇연구부문 안범모 수석연구원 연구팀은 부품 수를 줄이고 고성능 소형 모터를 적용해 기존 제품 대비 무게를 절반 가까이 줄였다. 일부 지자체는 장시간 이동과 작업이 필요한 환경공무관에 웨어러블 로봇을 보급 중이다.

연구팀은 착용 편의성과 장시간 사용 시 피로 감소를 위해 경량화에 집중했다. 폴리아미드12(PA12) 소재로 프레임을 제작했다. 전장부는 최적화 설계로 3셀 배터리를 탑재했다. 구동부에는 토크 밀도가 높은 소형 서보모터를 적용했다. 기존 2.1kg 수준이던 무릎 보조로봇 무게를 1.1kg까지 줄이는 데 성공했다.

무게를 줄였음에도 센서를 활용한 정밀 제어기술로 보행 지원 성능은 향상됐다. 6축 IMU(Inertial Measurement Unit) 센서가 보행 신호를 실시간으로 인식한다. 발뒤꿈치가 땅에 닿는 순간과 다리를 앞으로 뻗는 순간을 감지하고 정확한 시점에 무릎 펴는 동작을 지원해 무릎에서 발생하는 최대 토크 31.4Nm의 40% 이상을 보조한다. 이는 70kg 성인 기준이다.

20kg 중량 조끼를 착용한 보행 실험 결과 효과가 입증됐다고 연구팀은 설명했다. 로봇 착용 시 종아리 근육 활동은 약 21% 감소했다. 허벅지 근육 활동은 약 17% 줄어들었다. 근육에 가해지는 부담이 실제로 감소하는 것으로 확인됐다. 보행뿐 아니라 착석, 기립, 계단 및 경사로 이동 등 다양한 상황에서 효과를 낸다.

연구팀은 사용 편의성 향상도 높였다. 내부 저항을 0.2Nm 수준으로 낮춰 전원이 꺼진 상태에서도 무릎을 자유롭게 굽히고 펼 수 있다. 스포츠 무릎 보호대 구조의 프레임을 적용해 안정성을 높였다. 제어기와 센서, 배터리를 일체형으로 통합해 탈부착이 용이하다. 

안범모 수석연구원은 "에어니는 근육 활동을 줄여 보행을 비롯해 착석, 기립, 계단 및 경사로 이동 등 다양한 상황에서 효과를 발휘한다"며 "산업현장 근로자는 물론 일반 성인까지 다양한 사용자가 활용할 수 있도록 연구를 지속할 계획"이라고 말했다. 한편, 에어니는 지난 7월 미국에서 개최된 국제로봇학회 'Ubiquitous Robots 2025'에서 최우수 어플리케이션상을 수상했다.