산업기술/제조/경영

Nikkei Business_2017.2.27. 기획 (p80~82)

파워 어시스트 슈트, 움직임 보조하여 육체노동 지원
[CYBERDYNE] [Activelink] [Kubota] [INNOPHYS] [s-muscle]

몸에 장착하여 몸과 일체가 되어 인간의 움직임을 보조하는 파워 어시스트 슈트. 벤처기업을 중심으로 연구 개발이 추진되어 드디어 제품화가 시작되었다. 작업자의 고령화나 일손 부족으로 고민하는 중노동 작업 현상에 도입될 것으로 기대하고 있다.

오후 4시 30분, 항공편 승객으로 붐비는 나리타공항의 체크인 카운터. 공항의 작업자는 승객들이 가지고 들어오는 슈트케이스를 벨트컨베이어로 옮긴다. 작업자가 허리에 장착하고 있는 것은 CYBERDYNE이 개발한 작업 지원 로봇 슈트「HAL」이다. 다리와 허리를 굽혀 물건을 들어올리거나, 구부정한 자세로 짐을 옮기는 작업을 보조한다.

나리타공항을 운영하는 나리타국제공항은 실증 실험을 위해 10대의 HAL을 2017년 1월 24일부터 2월 18일까지 도입하였다. 기간 중에 실시한 설문 조사에서는 11명 중 10명이 부담 경감을 실감하는 등의 효과를 인정하였다. 나리타국제공항 담당자는「작업 현장이 고령화되면서 요통을 호소하는 사람도 있다. HAL과 같은 장치를 이용하여 작업 부담이 해소되면 고령이라도 일할 수 있다. 새로운 일손을 불러들이는 효과가 있어 일손부족을 해소할 수 있다」고 말한다.

사람이 몸에 장착하고, 기계와 사람이 일체가 되어 사람의 움직임을 보조하는 장치는 일반적으로「파워 어시스트 슈트」라고 불린다. 건설, 물류, 농업, 공장 등 폭넓은 중노동 작업 현장에서 점차 도입되고 있다. 이러한 직장에서는 일찍부터 힘 있는 젊은 남성 노동자가 대부분이었지만, 최근에는 고령자나 여성도 많다. 이에 따라 보조장치를 필요로 하는 기업이나 현장이 늘어나고 있는 것이 현실이다.

일반적인 파워 어시스트 슈트의 구조는 허벅지 부분에 장착하는 프레임과, 허리와 상반신에 장착하는 프레임이 양 옆의 허리에서 경첩처럼 연결되어 있으며, 양 프레임을 벌릴 때 장치에서 힘을 받기 때문에 인간의 움직임을 보조한다. 굽히면 각도가 작아지고, 짐을 들어올리면 각도가 커진다. 중요한 것은 장치가 어떻게 사람의 움직임에 위화감 없이 조화될 것인가에 있다. 장치가 사람의 의사에 반하여 움직이면 사용하기 어렵다. 또한, 인체에 위험을 끼칠 가능성도 있다.

파워 어시스트 슈트의 개발에서 앞서고 있는 것은 CYBERDYNE과 같은 벤처기업이다. CYBERDYNE은 2004년에 설립된 이래, 신체에 장해가 있는 사람을 위해 뇌신경계의 기능개선∙재생을 촉진하는 의료 기기로서 HAL의 연구개발을 추진해 왔다. 그 기술을 활용하여 일반적인 건장한 사람을 위해 작업지원용 HAL을 개발. 2015년부터 본격적으로 출하를 시작하고 있다. CYBERDYNE의 산카이(山海) 사장은「HAL의 기술을 개호 현장에서 중노동 작업을 하는 작업자의 부담을 경감하는 데 도움을 주고 싶다고 생각하였다」라고 말한다.

현재 작업용 HAL은 개호지원용과 작업지원용의 2개의 유형이 있다. 무게는 약 2.9kg으로 배터리로 구동한다. 장치중앙(허리 부분)의 좌우에 모터를 갖고 있다. 사람이 허리를 구부렸다가 물건을 들어올리거나 이동시키는 작업을 할 때, 그 운동에 맞춰서 모터를 움직이면서 요추나 추간판에 가해지는 부하를 줄이는 구조다.

-- 인간의 움직임을 제품이 감지 --
CYBERDYNE이 채용한 것은「Cybernics」라고 불리는 기술이다. 인간이 동작을 할 때는 뇌에서 신경을 통해 근육으로 전기신호를 보낸다. 그 미약한「생체전위신호」를 피부 표면에 닿는 전극을 통해 감지하여, 장착한 사람이 실제로 동작을 개시하려고 하는 순간에 작업자와 HAL이 일체화되어 움직이도록 하고 있다. 허리에 장착하는 타입의 HAL의 생체전위신호는 허리에 가까운 부분의 피부에 닿는 전극을 통해 검출한다.

나라시(奈良市)에 위치한 벤처기업인 Activelink가 개발한「AWN-03」도 배터리로 구동하는 파워 어시스트 슈트다. 배낭을 매듯이 장착하면 사용자의 허리 움직임에 맞춰 기어가 회전하여 상체를 들어올린다. 허리의 움직임을 감지하는 센서를 내장하고 있는 것이 특징이며,「짐을 들어올린다」「유지한다」「보행한다」「짐을 내린다」와 같은 작업 내용을 판단. 사람의 동작에 따라 보조하는 움직임을 자동으로 변환한다. 보조하는 힘은 최대 15kg 정도다. 이미 180대를 출하. 오사카에 있는 해운업체 Tatsumi Syokai(辰巳商会)가 항구에서 항만운송작업에 활용하는 등 10개 이상의 회사에서 도입하고 있다.

Activelink는 Panasonic의 사내 벤처기업으로서 2003년에 설립되었다.「Power Barrierless 사회」의 실현을 이념으로, 주로 물류, 건설, 토목현장에 주목하여 제품 개발을 추진하고 있다. 현재, 개발에 착수하고 있는 것은 짐을 든 상태에서의 보행 작업에 특화된 제품이다. 허리부터 다리 전체에 장착하여 60kg 정도의 짐을 운반할 수 있다. 돌출된 부분이나 장해물을 피하면서 2족보행하기 위해 디스플레이, 카메라, 센서, AI(인공지능)칩 등을 탑재. 위험을 피하면서 원활한 움직임을 보조한다.

농업기계 제조업체인 Kubota는 2017년 1월, 농작업을 위한「WIN-1」을 발매하였다. 어시스트 기능을 사용하여 짐을 허리의 높이로 들어올린 후, 와이어를 사용하여 머리 높이까지 더 들어올릴 수 있다. 머리 높이에 있는 프레임 끝에 매달려 있는 와이어를 짐의 손잡이에 걸고, 버튼을 눌러 와이어를 조이거나 느슨하게 풀거나 하면서 들어올렸다 내렸다 하는 작업을 한다. 배터리로 구동하며, 20kg을 보조하는 힘이 있다. 농작업자의 고령화가 진행되는 가운데 Kubota는 작업장에서의 로봇 활용에 주목하였다. 파워 어시스트 슈트의 개발도 그 일환으로, 농작물을 수납한 컨테이너를 트럭 등에 옮기는 작업을 상정하였다.

배터리가 아닌「인공근육」을 동력으로 활용하고 있는 것이 도쿄이과대학에서 출발한 벤처기업인 INNOPHYS(도쿄)다. INNOPHYS가 판매하는「Muscle Suit」는 McKibben형이라고 불리는 인공근육을 탑재. Mesh Fabric으로 덮은 고무튜브에 압축 공기를 주입하면 직경이 확장되고 길이가 줄어든다. 이 당기는 힘을 이용하여, 등에 맨 파워 어시스트 슈트로 상반신을 들어올려 짐을 들어 올리는 작업을 서포트한다.

-- 인공근육 활용 확대 --
동작에 따른 공기의 출입에는 Compressor(공기압축기)가 필요하지만 올해 2월에 압축기가 필요 없는 제품도 발매하였다. 손으로 누르는 부속된 펌프를 사용하여 공기를 보충할 수 있기 때문에 전기가 필요 없다. 그러나 공기를 주입한 채 사용하는 슈트의 구조상, 구부릴 때에는 평소보다 힘을 넣을 필요가 있다. 보다 힘들다고 느끼는 일어서는 작업을 보조함으로써 작업 부담을 허리 아래로 분산하는 효과를 노린다.

인공근육 자체의 연구개발도 진행 중이다. 도쿄공업대학과 오카야마대학의 연구 성과를 바탕으로 2016년 4월에 설립한 벤처기업인 s-muscle에서는 가는 인공근육을 개발하여 판매를 개시하였다. 일반적으로 사용되고 있는 인공근육은 직경 수cm의 굵기이지만, s-muscle의 제품은 직경이 2~4.8mm로 가늘다. 한 가닥 한 가닥의 수축 힘은 작지만 이것을 묶으면 굶은 인공근육과 같은 힘이 나온다. s-muscle의 대표인 스즈모리(鈴森) 도쿄공과대학 교수는「양복에 내장하면 재킷과 같은 파워 어시스트 슈트를 만들 수 있는 등 응용범위는 넓다」고 설명한다.

이번에 발매된 제품의 판매 가격은 대략 100만 엔 전후로 계약 내용에 따라 다르지만 대여일 경우는 월 5~10만 엔 정도를 예상한다. 보급이 진행되면 가격이 하락할 가능성은 있다. 가까운 장래에 중노동 작업 현장에서도 고령자나 여성이 활기차게 일할 수 있는 시기가 올지도 모른다.

   -- 끝 --