컬럼비아대, 척수손상 재활용 로봇 트렁크 지지 시스템 'TruST' 개발

컬럼비아 대학 엔지니어들이 척수손상 환자가 더 안정적으로 앉고 적극적인 착석 작업공간을 확장할 수 있도록 재훈련하는 로봇 트렁크 서포트 트레이너(TruST)를 발명했습니다. (아래 영상 참조)

척수손상(SCI)은 이동성 및 감각 상실 등 치명적 손상을 초래합니다. 미국에서만 매년 약 17,000건의 새로운 SCI 발생, 세계 대부분 지역보다 높은 비율입니다.

또한 미국 내 65세 이상 SCI 비율은 2010년 13%에서 2020년 16.1%로 증가할 전망입니다.

데이터상 이 환자들의 생존율은 높은데, 일상생활에서 앉기가 큰 도전입니다.

TruST: 착석 안정성 및 작업공간 확장

컬럼비아 공대팀이 발명한 로봇 장치 TruST는 SCI 환자의 트렁크 제어 개선으로 더 안정적으로 앉게 돕고, 넘어지거나 손으로 균형 잡지 않고도 적극적인 착석 작업공간을 확장시킵니다.

오늘 Spinal Cord Series and Cases에 게재된 이 연구는 SCI 환자의 착석 작업공간을 능동적 트렁크 제어 기반으로 측정·정의한 최초 연구입니다.

프로젝트 PI이자 기계공학·재활재생의학 교수인 수닐 아그라왈(Sunil Agrawal)은 "TruST는 일반적으로 휠체어 사용자인 SCI 환자를 위해 설계됐다. TruST가 환자 낙상 방지뿐 아니라 자세 제어/균형 한계를 넘어 트렁크 움직임을 최대화함을 발견했다"고 말했습니다.

작동 원리

TruST는 사용자 토르소에 착용하는 모터 구동 케이블 구동 벨트로, SCI 환자의 자세 제어 한계와 착석 작업공간 면적을 결정합니다. 사용자가 앉은 상태에서 상체 움직임을 자세 안정성 한계 이상으로 수행하면 토르소에 힘을 전달합니다.

SCI 환자 5명이 파일럿 연구에 참여해 자세 스타 시팅 테스트(Postural Star-Sitting Test)를 받았습니다. 공을 머리와 트렁크로 최대한 멀리 따라가며 손 사용 없이 트렁크를 움직이는 맞춤형 자세 테스트입니다.

8방향으로 반복 테스트해 개별 착석 작업공간을 계산했습니다.

팀은 각 대상자에게 맞춤형 TruST를 적용해 같은 움직임을 다시 수행하게 하며 토르소에 개인화된 보조 힘장을 적용했습니다.

TruST 사용 시 대상자들이 8방향 모두에서 트렁크 이동 거리를 더 늘려 착석 작업공간을 평균 약 25% 확장할 수 있었습니다.

재활 패러다임 전환 기대

아그라왈 로보틱스·재활 연구실 박사후연구원이자 물리치료사, 논문 제1저자인 빅토르 산타마리아(Victor Santamaria)는 "TruST가 사용자 자세 한계에 맞춘 지속적 힘 피드백을 전달할 수 있어 SCI 환자의 기능적 착석 재훈련을 위한 운동학습 기반 패러다임 구현에 새 지평을 연다. TruST는 매우 유망한 SCI 재활 도구"라고 말했습니다.

아그라왈 팀은 이제 TruST를 훈련 패러다임 내에 활용해 성인 및 아동 SCI 환자의 트렁크 제어 개선을 탐구 중입니다.

아그라왈은 "로봇 플랫폼으로 참가자들이 더 넓은 작업공간으로 트렁크를 움직이게 도전하게 하고, TruST가 필요시 보조 힘장으로 안전하게 중립 착석 자세로 돌아오게 할 것이다. 이 힘장은 참가자들이 작업공간과 자세 제어를 개선함에 따라 시간이 지남에 따라 필요에 맞게 조정될 것"이라고 설명했습니다.