한국생산기술연구원은 사용자의 착용 부담을 줄일 수 있는 무게 1.1㎏의 무릎 보조로봇 '에어니'(AirKNEE)를 개발했다고 9일 밝혔다.

생기원 안범모 수석연구원 연구팀은 부품 수를 줄이고, 고성능 소형 모터를 적용해 세계 최경량 수준의 무릎 웨어러블 로봇을 개발했다.

무릎·고관절 보조로봇을 착용하면 보행 시 에너지 소모와 근육 부담을 줄일 수 있어 일부 지방자치단체에서 장시간 이동과 작업이 필요한 환경공무관에게 보급하고 있다.

연구팀은 강도 높은 폴리아미드12(PA12) 소재로 프레임을 제작하고, 전장부는 최적화 설계를 통해 3셀 배터리를 탑재했다.

구동부에는 작은 크기에도 충분한 힘을 낼 수 있도록 토크(회전력) 밀도가 높은 소형 서브모터를 적용, 기존 2.1㎏ 수준이던 무릎 보조로봇 무게를 절반 가까이 줄이는 데 성공했다.

무게를 줄이고도 센서를 활용한 정밀 제어 기술을 통해 보행 지원 성능을 높였다.

보행 신호를 실시간으로 인식하는 센서가 발뒤꿈치가 땅에 닿는 순간과 다리를 앞으로 뻗는 순간을 감지, 정확한 시점에 무릎 펴는 동작을 지원해 무릎에서 발생하는 최대 토크의 40% 이상을 보조할 수 있다.

실제 20㎏ 중량의 조끼를 착용한 보행 실험에서 로봇 착용 시 종아리 근육 활동은 약 21%, 허벅지 근육 활동은 약 17% 감소해 근육에 가해지는 부담이 줄어든 것으로 확인됐다.

내부 저항을 낮춰 무릎을 편하게 굽히고 펼 수 있으며, 제어기·센서·배터리를 일체형으로 통합해 탈부착이 쉽다고 연구팀은 설명했다.

에어니는 지난 7월 미국에서 열린 국제로봇학회 '유비쿼터스 로봇(Ubiquitous Robots) 2025'에서 최우수 어플리케이션상을 받는 등 기술적 우수성을 인정받았다.

안범모 수석연구원은 "에어니는 근육 활동을 줄여 보행을 비롯해 착석, 기립, 계단과 경사로 이동 등 상황에서 유용하게 쓸 수 있다"며 "산업현장 근로자는 물론 일반 성인까지 다양하게 활용할 수 있도록 연구를 지속할 계획"이라고 말했다.