탁상형 소형 로봇, 물리치료 전달 혁신

에드 브라운

Tech Briefs: 이 아이디어 어떻게 시작됐나?

하비브 라만 교수: 커넥티드 시스템 연구소 프로젝트에서 시작. 모터 디지털 트윈 만들어 원격 제어 가능 확인. 저는 재활 로보틱스 오래 연구. 뇌졸중 생존자 그룹, 휠체어 사용자 그룹 대상. 코로나 시기 재활 도움 어려움 겪으며 디지털 기술과 원격 조작 로봇 연구 결합해 원격의료 로봇 가능성 탐색.

당시 과제 많음: 로봇 부드럽고 안전한 작동, 데이터 제대로 전송. 일반 산업용 로봇 아님. 실시간 로봇/환자 확인, 피드백 필요. 그래서 직접 제작 시작.

Tech Briefs: 이 로봇팔에서 장력 조절 어떻게 하나?

라만: 제어 알고리즘이 인간 운동 의도 감지. 두 센서 사용: 근전도(EMG), 힘 센서. EMG 자주 안 씀—시스템 작동 확인용.

하비브 라만 교수, 기계공학과장, iTbot 테스트 중. 뇌졸중 환자 집 떠나지 않고 물리치료 받게 하는 휴대용 보조 로봇팔. 라만 개발 팔 기반 플랫폼 환자/치료사 양측 이점. (사진: 트로이 폭스)

Tech Briefs: EMG가 뭔지 설명해달라.

라만: EMG 신호 근육서 옴. 움직이려 하면 어떻게 작동했는지 알 수 있음. 기본 전기 신호, 근육 수축 시 신호 획득.

Tech Briefs: EMG가 근육 상태 꽤 정확하게 측정하나?

라만: 괜찮은 팔 움직임 있으면 그렇다. 뇌졸중 환자면 좋은 신호 얻기 어려움. 하지만 건강한 피험자면 증폭해 해결. 힘 센서: 움직이려 하면 근육 활성화돼 신호 획득, 생리적 품질 척도. 예: 덤벨 들지 않고 쥐고만 있어도 근육 쓰이니 EMG 신호 나옴. 모든 움직임 근육 신호 동반.

Tech Briefs: 근전도하려면 바늘 꽂아야 하나?

라만: 근전도 두 버전: 바늘 쓰는 것 하나. 우리는 표면 EMG. 피부 부착 전극 두 개 사이 전위차 측정. 제어 알고리즘: 손 움직임 좋으면 힘 센서 신호 주도.

Tech Briefs: 힘 센서 어디 있나?

라만: 손목 핸들에. 힘 센서 항상 움직임 감지. 피험자 장애 정도 따라 컨트롤러가 보조 수준 적당히 조절하거나 움직이기 힘들게 저항 부여. 저항 주면 근육 강화. 보조/저항 치료 등 다양한 치료법. 환자 필요 따라 컨트롤러 프로그래밍해 보조/저항 제공.

물리치료사 가면 밀면서 저항 주듯, 로봇도 저항 제공—밀면 좀 힘들게. 목표 정해주고 도달하게 하지만 세게 밀어야 해 근육 작동—능동 보조 치료. 뇌졸중 시 신경망 연결 끊겨 소작업/미세운동 잊어, 많은 반복 필요—로봇 제공. 장치 피험자 사지 자체 노력 없이 부드럽게 움직임—수동 치료. 통증 없이 근육 스트레칭, 올바른 움직임 패턴 강화. 실제 움직임 생기면 기능적 과제 줘 협응 학습.

Tech Briefs: 기술적으로 장력 어떻게 조절하나?

라만: 모터 드라이버가 힘 센서 신호나 EMG 신호 기반 모터 전류 조정해 모터 작동 변경.

Tech Briefs: 로봇 원격/대면(치료사 사무실) 두 방식 사용 읽음.

라만: 항상 대면이었으나 이제 원격의료 탐색. 로봇 버전 다양. 아주 작아 개인 가정용 하나. 재활센터용 버전: 사람들 물리치료 받아 치료 목표 설정. 치료사 원격 데이터 확인, 필요시 치료 프로토콜 조정, 원격 로봇 제어.

Tech Briefs: 치료사 가이드 필수 아님? 과도/과소 판단 위해. 조심 안 하면 해칠 수 있는데.

라만: 네, 뇌졸중 환자 대상 데이터 수집 중. 하지만 AI 완전 개발되면 가이드 덜 필요, 치료사 항상 루프 내 있어야. 많은 뇌졸중 환자와 작업해 AI 완전 개발해 감독 최소화. 하지만 치료사 여전히 로봇 프로그래밍/감독 필요. 컨트롤러 위해 피험자 계속 모집.

Tech Briefs: 개인별 편차 큰데, 첨단 AI라도 치료사 없이 개인별 적정 힘 어떻게 정하나?

라만: 로봇 연결 시 사전 동작 주는 법칙, 통증 구간 감지. 근육 활성화 시 통증 증가, 힘 센서 결과 증가. 이 방식으로 실험 단계 작업.

Tech Briefs: EMG로도 측정하나?

라만: 네, EMG와 힘 센서 둘 다. 시스템 개발 중이라 치료사와 더블체크해 이 통증 괜찮은지 판단, 컨트롤러 입력.

미래 수천 환자, 모두 다름. 통증 없는 운동범위 측정 위해 세 가지 사용: EMG 센서 활동 수준, 힘 센서 저항 수준, 카메라로 안면 표정 통증 감지. 개발 단계라 100% 정확 아님, 장기 목표 최소 감독 시스템.

Tech Briefs: 디지털 트윈 만드는 건가?

라만: 네, 치료사엔 실제 로봇 없고 복제품. 로봇 원격 조작, 생성 데이터 읽기. 관절 각도 얼마나 움직였는지, 로봇 가해진 힘 얼마나 되는지 확인. 피험자 움직임 시도 시 힘 크기/방향, EMG 판독값 등 확인. 양방향 통신.

Tech Briefs: 송신기도 센서도 필요하단 건가?

라만: 네, 마이크로소프트 애저 클라우드 서비스 사용. 신호 애저 클라우드 보내 환자 집으로. 치료사 없이 작업 시 데이터 클라우드 저장해 치료사 언제든 접근.

Tech Briefs: 게임 쓴다 읽음.

라만: 연구: 게임 사용 로봇 치료 성과 향상. 운동학습 원리라 불림. 기반으로 과제 지향 가이드 치료 제공. 적절한 도전 주고 명시적/암시적 피드백으로 진전 정도 수집.

게임 유용. 환자 과제: 한 지점→다른 지점. 도달하면 조금 더 멀리해 운동범위 증가, 도전적. 코스 알고 정확히 시간 걸림. 게임이면 치료사 있는 듯. 기능적 과제 게임에: 세수, 테이블 닦기, 숟가락 옮기기. 운동학습 원리 기반 게임 개발로 암시적/명시적 피드백으로 개선 모니터링. 게임 몰입감. 반복 작업 지루할 수 있지만 게임이면 몰입. 점수 향상 동기부여. 우리 그룹 연구: 게임 사용 시 더 나은 결과.

Tech Briefs: 물리치료사 대신 이 로봇 쓰는 장점은?

라만: 상호 보완. 치료사 만성 부족, 수 감소. 로봇 환자 주고 24/7 지칠 줄 모르고 작업. 치료사 하루 여러 환자 볼 수 있게. 환자 10회 반복 옆에서 안 지켜도 로봇이 정밀 수행.

도구 비슷: 의사 혈압계 줘 집서 모니터링, 의사 매일 와 체크 안 해도 됨. 비슷하게 치료사/환자 도움. 보험 연간 물리치료 횟수 제한. 로봇으로 환자 치료사 가이드 무제한 시간 추종 가능.

Tech Briefs: 앞으로 기계값 누가 내나? 보험 적용 되나?

라만: 보험 적용 확신. 요즘 의료적 정당성 있으면 지속적 수동운동(CPM) 기계 대여 보험 적용. 단순 반복만 제공. 로봇은 스마트하게 만듦. CPM 기계 보험되니 로봇도 될 것 예상, CPM 고급 버전이니까. 환자 로봇 구매 안 하고 대여.

Tech Briefs: 상용화 어디까지 왔나?

라만: 실제 뇌졸중 환자 실험 중. 작년 스타트업 설립, 몇 명과 상용화 작업. 몇 가지 더 필요. 지금 연구용 로봇으로 판매 가능하지만 임상/가정용 쓰려면 FDA 승인 필요, 1~2년 소요 예상.

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