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POSTECH 김기훈 교수팀, 로봇 의수에 손목 회전 모듈 도입...자연스러운 동작 구현

박희경 기자 | 기사입력 2024/01/02 [10:57]

POSTECH 김기훈 교수팀, 로봇 의수에 손목 회전 모듈 도입...자연스러운 동작 구현

박희경 기자 | 입력 : 2024/01/02 [10:57]

【브레이크뉴스 포항】박희경 기자=POSTECH(포항공과대학교)은 기계공학과 · 융합대학원 김기훈 교수, 기계공학과 최서영 연구원 연구팀이 로봇 의수에 손목 회전 모듈을 도입해 신체에 무리를 주지 않고, 자연스러운 움직임을 구현하는 데 성공했다고 2일 밝혔다.

 

▲ 연구 이미지(손목회전모듈)  © 포스텍


이 연구는 과학기술정보통신부 STEAM 사업(미래유망융합기술파이오니어) 다수 사용자간 운동-감각 초연결 메타버스 구현을 위한 바이오닉 신경 인터페이스 기술 지원으로 진행됐으며 국제 학술지인‘신경공학 및 재활 저널’(Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation)’에 게재됐다.

 

POSTECH에 따르면 의수는 손 일부가 부분적으로 절단된 사람들의 ‘새로운 손’이다. 하지만 기존 의수의 경우 손상된 부위를 대체하는 목적으로 만들어져 의수와 이어지는 손목을 움직이는 데 제한이 있었다. 그로 인해 환자는 손목을 자유롭게 움직일 수 없고, 이에 대한 보상 행동 패턴을 반복하며 팔과 상반신을 과도하게 사용했다.

 

연구팀은 이번 연구를 통해 교통사고로 엄지와 검지를 잃은 환자용 의수를 새로 개발했다. 이 의수는 뇌에서 근육으로 보내는 신호를 센서로 감지해 움직이는데, 기존과 달리 손목 회전 모듈을 도입해 환자가 손목을 자유롭게 움직일 수 있다.

 

이어 연구팀은 새로 개발한 의수와 기존 의수, 그리고 정상인의 팔과 상반신 근육 움직임을 비교 분석했다. 근전도 신호와 모션 캡처 시스템으로 팔과 상반신 근육 활동을 측정한 결과, 손을 뻗어 물건을 잡는 동작에서 정상인과 기존 의수의 경우 통계적으로 유의미한 차이가 나타났다.

 

또, 기존 의수 사용 시 어깨와 상반신 움직임이 정상인 대비 약 260% 더 높게 나타났는데, 이는 의수를 사용할 때 손목 회전이 부자연스러워 팔과 상반신을 무리하게 사용하고 있음을 의미한다.

 

반면, 연구팀이 개발한 의수를 사용한 경우, 상반신 움직임이 정상 수준으로 돌아왔으며, 효율적이고 자연스러운 움직임이 가능했다. 근골격계에 2차 손상을 주지 않고, 자유로운 움직임이 가능해진 것이다. 연구팀의 의수는 손 기능 평가에서도 기존 의수 대비 기능이 30% 이상 향상됨을 보였다.

 

김기훈 교수는 “로봇 보조기구를 만들 때 단순히 특정 신체 부위를 대체하는 것이 아니라, 이와 연결된 부위도 고려한 통합적인 접근이 필요하다”며, “로봇 의수를 안전하고 오래 사용하며 사용자가 잃어버렸던 삶을 되찾기를 기대한다”는 말을 전했다.

 

<구글 번역으로 번역한 영문 기사의 전문 입니다. 번역에 오류가 있을 수 있음을 밝힙니다.>

 

 POSTECH Professor Kim Ki-hoon's team introduces a wrist rotation module into a robotic prosthetic hand... Realizing natural movement

 

POSTECH (Pohang University of Science and Technology) announced on the 2nd that the research team of Professor Ki-Hoon Kim of the Department of Mechanical Engineering and Graduate School of Convergence and Researcher Seo-Young Choi of the Department of Mechanical Engineering succeeded in implementing a natural movement without putting a strain on the body by introducing a wrist rotation module to a robotic prosthetic hand.

 

This research was conducted with the support of bionic neural interface technology for the implementation of a motor-sensory hyperconnected metaverse between multiple users through the STEAM project (Future Promising Convergence Technology Pioneer) of the Ministry of Science and ICT, and was published in the international academic journal 'Neurological Engineering and Rehabilitation Journal'. It was published in ‘NeuroEngineering and Rehabilitation’.

 

According to POSTECH, a prosthetic hand is a ‘new hand’ for people who have had part of their hand partially amputated. However, in the case of existing prosthetic hands, they were made for the purpose of replacing damaged parts, so there were limitations in moving the wrist connected to the prosthetic hand. As a result, the patient was unable to move his wrist freely, repeated compensatory behavior patterns, and excessively used his arms and upper body.

 

  Through this study, the research team developed a new prosthetic hand for patients who lost their thumb and index finger in a traffic accident. This prosthetic hand moves by detecting signals sent from the brain to the muscles with a sensor, and unlike existing devices, a wrist rotation module is introduced so that the patient can move the wrist freely.

 

  Next, the research team compared and analyzed the arm and upper body muscle movements of the newly developed prosthetic hand, the existing prosthetic hand, and normal people. As a result of measuring arm and upper body muscle activity using electromyography signals and a motion capture system, a statistically significant difference was found between normal people and existing prosthetic hands in the movement of reaching out and grabbing an object.

 

In addition, when using an existing prosthetic hand, the shoulder and upper body movements were approximately 260% higher than those of a normal person, which means that the arm and upper body are being overused due to unnatural wrist rotation when using the prosthetic hand.

 

On the other hand, when the prosthetic hand developed by the research team was used, upper body movements returned to normal levels, and efficient and natural movements were possible. Free movement became possible without causing secondary damage to the musculoskeletal system. In hand function evaluation, the research team's prosthetic hand showed an improvement of more than 30% in function compared to the existing prosthetic hand.

 

  Professor Kim Ki-hoon said, “When making robotic assistive devices, we need an integrated approach that takes into account not only the replacement of specific body parts but also the parts connected to them,” and “We need to use robot prosthetic hands safely and for a long time so that users can regain the life they have lost.” “I look forward to it,” he said.

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