혁신적 광학 추적 기술, 외골격 완벽한 착용감과 사용자 안전 보장

스프레이나 모터로 구동되는 많은 외골격은 관절이 사용자의 관절과 정렬되지 않으면 통증이나 부상을 유발할 수 있습니다. 이러한 위험을 완화하기 위해 외골격과 착용자가 부드럽고 조화롭게 움직이는지 테스트하는 새로운 측정 방법이 개발되었습니다.

이 방법은 영화 제작자들이 컴퓨터 생성 캐릭터에 생명을 불어넣는 데 사용하는 모션 캡처 기술과 유사한 광학 추적 시스템(OTS)입니다. OTS는 빛을 방출하고 관심 대상에 배열된 구형 마커에서 반사된 것을 포착하는 특수 카메라를 사용합니다. 컴퓨터는 3차원 공간에서 레이블된 물체의 위치를 계산합니다. 이 접근법은 외골격의 움직임과 사용자에게 부착된 '아티팩트(artifacts)'라 불리는 테스트 조각의 움직임을 추적하는 데 사용되었습니다.

궁극적인 목표는 이 아티팩트를 사람에게 착용시키고 외골격을 입힌 다음, 아티팩트를 착용한 사람과 외골격의 차이를 비교하여 이들이 서로 조화롭게 움직이는지 확인하는 것입니다. 다르게 움직이거나 올바르게 맞지 않으면 조정이 가능합니다.

연구자들은 신체에서 비교적 단순한 관절인 무릎의 움직임을 포착하는 것을 목표로 했습니다. 새로운 접근법의 측정 불확도를 평가하기 위해 두 개의 인공 다리를 테스트베드로 제작했습니다. 하나는 기성 의족 무릎을, 다른 하나는 실제 무릎을 더 잘 모방한 3D 프린팅 무릎을 탑재했습니다. 금속 판을 번지 코드로 다리에 고정하여 외골격 사지나 신체에 부착된 테스트 아티팩트를 나타냈습니다. 다리와 판에 마커를 고정한 후 팀은 OTS와 디지털 각도계를 사용하여 무릎의 전체 운동 범위에서 무릎 각도를 측정했습니다. 두 측정 세트를 비교함으로써 시스템이 다리 위치를 정확하게 추적할 수 있음을 확인했습니다. 테스트는 또한 다리와 외골격 판의 개별 움직임을 계산할 수 있어 연구자들이 이동 중 두 움직임이 얼마나 정렬되어 있는지 보여줄 수 있음을 입증했습니다.

실제 사람의 다리에 이 방법을 적용하기 위해 팀은 무릎 보호대처럼 사용자의 허벅지와 정강이에 맞는 조절 가능한 아티팩트를 설계하고 3D 프린팅했습니다. 피부는 고유한 탄성과 그 아래 수축하는 근육으로 인해 이동하거나, 스키니한 옷은 일부에게 불편할 수 있는 반면, 이 아티팩트는 서로 다른 사람들에게 마커를 안정적이고 일관되게 배치할 수 있는 견고한 표면을 제공합니다. 팀은 반사 마커로 장식된 무릎 아티팩트와 전신 외골격을 인간 피험자에게 장착했습니다. OTS가 지켜보는 가운데 피험자는 여러 세트의 스쿼트를 수행했습니다. 테스트 결과 대부분의 시간 동안 피험자의 다리와 외골격이 조화롭게 움직였습니다. 하지만 잠시 동안 피험자의 몸은 움직였는데 외골격은 움직이지 않았습니다. 이 멈춤은 이 외골격이 작동하는 방식으로 설명될 수 있습니다.

추가 힘을 제공하기 위해 스프링을 사용하며, 사람이 움직일 때 스프링이 작동하고 해제됩니다. 스프링이 모드를 전환할 때 외골격은 일시적으로 사용자의 움직임에 저항하며 멈춥니다. 외골격 기능의 미묘한 차이를 감지함으로써 새로운 측정 방법이 세부 사항에 대한 주의를 입증했습니다.

원시 데이터만으로는 착용감이 적절한지 항상 알 수 없습니다. 방법의 정확도를 개선하기 위해 팀은 계산 알고리즘을 사용하여 위치 데이터도 분석할 예정입니다. 다음 단계는 팔, 고관절, 기본적으로 외골격이 정렬되어야 할 모든 관절에 대한 아티팩트를 개발하고 유사한 테스트를 수행하는 것입니다.