노인 돌봄 로봇, 사람이 앉고 일어서는 것을 돕고 넘어지면 잡아준다

미국 인구는 그 어느 때보다 고령화되었습니다. 현재 미국의 중위 연령은 38.9세로, 1980년보다 거의 10년이나 더 높습니다. 65세 이상 성인 인구는 2050년까지 5,800만 명에서 8,200만 명으로 급증할 것으로 예상됩니다. 돌봄 인력 부족, 의료비 상승, 그리고 가족 구조의 변화 속에서 노인 돌봄 문제는 점점 더 시급한 사회적 문제로 떠오르고 있습니다.

노인 돌봄 문제를 해결하기 위해 MIT 엔지니어팀은 로봇 공학에 주목하고 있습니다. 그들은 노인들을 신체적으로 지지하고 집 안을 이동할 때 넘어지는 것을 방지하도록 설계된 이동형 로봇인 노인 신체 보조 로봇(E-BAR)을 개발하고 테스트했습니다.

E-BAR는 사람의 뒤를 따라가는 로봇 핸들바 역할을 합니다. 사용자는 독립적으로 걷거나 로봇 팔에 기대어 지지할 수 있습니다. 로봇은 사용자의 전체 체중을 지탱하여 자연스러운 궤적을 따라 앉은 자세에서 일어선 자세로, 그리고 그 반대로 일어선 자세로 들어 올릴 수 있습니다. 또한, 로봇 팔은 사용자가 넘어지기 시작하면 측면 에어백을 빠르게 팽창시켜 사용자를 보호합니다.

연구진은 이러한 설계를 통해 오늘날 65세 이상 성인의 주요 부상 원인인 넘어짐을 예방할 수 있기를 바라고 있습니다.

MIT의 포드 공학과 교수인 해리 아사다는 "많은 노인들이 낙상 위험을 과소평가하고 불편한 신체 보조 기구 사용을 거부하는 반면, 어떤 노인들은 위험을 과대평가하여 운동을 하지 않아 이동성이 저하될 수 있습니다."라고 말합니다. "저희의 디자인 컨셉은 균형 감각이 저하된 노인들에게 로봇 핸들바를 제공하여 신체를 안정적으로 지지하는 것입니다. 이 핸들바는 언제 어디서나 필요할 때 도움을 줄 수 있습니다."

현재 로봇은 원격 제어로 작동합니다. 향후 버전에서는 로봇의 많은 기능을 자동화하여 사용자를 자율적으로 따라가고 물리적으로 지원할 수 있도록 할 계획입니다. 또한, 연구진은 로봇을 더 얇고 좁은 공간에서도 기동성을 높이기 위해 유선형으로 설계하는 작업도 진행하고 있습니다.

"노인 돌봄이 앞으로의 가장 큰 과제라고 생각합니다." MIT 기계공학과 대학원생이자 E-BAR 설계자인 로베르토 볼리는 이렇게 말합니다. "모든 인구학적 추세는 간병인 부족, 노인 과잉, 그리고 노인들이 제자리에서 노후를 보내길 바라는 강한 욕구를 나타냅니다. 우리는 노인 돌봄을 미국에서 아직 개척되지 않은 미개척 분야로 보고 있지만, 로봇 공학 분야에서도 본질적으로 흥미로운 과제라고 생각합니다."

볼리와 아사다는 이번 달 말에 열리는 IEEE 로봇 및 자동화 컨퍼런스(ICRA)에서 E-BAR의 설계를 자세히 설명하는 논문을 발표할 예정이다.

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MIT의 아사다 연구팀은 노인들을 돕기 위한 다양한 기술과 로봇 보조 장치를 개발하고 있습니다. 최근 몇 년 동안 다른 연구진들은 낙상 예측 알고리즘을 개발하고, 로봇 보행기, 웨어러블, 자동 팽창 에어백, 그리고 하네스로 사람을 고정하고 걸을 때 함께 움직이는 로봇 프레임 등 로봇과 자동화 장치를 설계해 왔습니다.

아사다와 볼리는 E-BAR를 설계하면서 기본적으로 세 가지 기능을 수행하는 로봇을 목표로 했습니다. 신체적 지지, 낙상 방지, 그리고 사람과 함께 안전하고 방해받지 않고 이동하는 것입니다. 더 나아가, 사용자에게 더 큰 독립성과 이동성을 제공하기 위해 하네스를 없애는 방안을 모색했습니다.

"노인들은 대부분 하네스나 보조 기구 착용을 좋아하지 않습니다."라고 볼리는 말합니다. "E-BAR 구조의 핵심은 체중 지지, 보행 보조, 낙상 방지 기능을 제공하면서도 앞쪽은 전혀 방해받지 않는다는 것입니다. 언제든 자유롭게 내릴 수 있죠."

연구팀은 집에서 노후 생활을 하거나 요양 시설에서 노인을 돕는 데 특화된 로봇을 설계하고자 했습니다. 노인과 간병인과의 면담을 바탕으로 몇 가지 설계 요건을 도출했습니다. 로봇은 집 안 문을 통과할 수 있어야 하고, 사용자가 한 걸음 한 걸음 걸을 수 있어야 하며, 균형, 자세, 그리고 앉았다 일어서는 동작을 돕기 위해 사용자의 체중을 완전히 지탱해야 한다는 것이었습니다.

로봇은 무게가 220파운드(약 100kg)에 달하는 무거운 받침대로 구성되어 있으며, 그 크기와 구조는 평균적인 사람의 무게를 넘어지거나 미끄러지지 않고 지탱할 수 있도록 최적화되었습니다. 받침대 아래에는 전방향 바퀴가 있어 로봇이 필요한 경우 회전하지 않고도 어느 방향으로든 움직일 수 있습니다(평행 주차 없이 두 대의 차 사이 공간으로 미끄러지듯 들어가는 자동차 바퀴를 상상해 보세요).

로봇의 바닥에서 뻗어 나온 관절형 몸체는 18개의 상호 연결된 막대 또는 링크로 구성되어 있으며, 접이식 크레인처럼 재구성하여 앉은 자세에서 일어선 자세로, 또는 그 반대로 사람을 들어 올릴 수 있습니다. 핸들바가 달린 두 개의 팔은 로봇에서 U자 모양으로 뻗어 있어, 사람이 추가적인 지지가 필요할 때 그 사이에 서거나 기대어 설 수 있습니다.

마지막으로, 로봇의 각 팔에는 부드럽지만 잡기 쉬운 소재로 제작된 에어백이 내장되어 있어, 사람이 넘어질 경우 즉시 팽창하여 충격으로 인한 멍을 남기지 않고 사람을 보호합니다. 연구진은 E-BAR가 웨어러블 기기나 안전벨트 없이 넘어지는 사람을 잡을 수 있는 최초의 로봇이라고 생각합니다.

연구팀은 다양한 가정 환경에서 로봇 사용을 자원한 노인을 대상으로 실험실에서 로봇을 테스트했습니다. 연구진은 E-BAR가 노인이 바닥에 있는 물건을 집으려고 몸을 굽히거나 선반에 있는 물건을 집으려고 몸을 뻗을 때, 균형을 유지하면서 하기 어려운 동작을 할 때 적극적으로 지원할 수 있음을 발견했습니다. 또한, 로봇은 노인을 욕조 가장자리 위로 들어 올려 욕조 밖으로 나오는 동작을 시뮬레이션했습니다.

볼리는 E-BAR와 같은 디자인이 일상생활에 보조 장치가 필요하지만 근력이 중간 정도인 노인이 집에서 사용하기에 이상적일 것이라고 생각합니다.

볼리는 "실제 상황에서 기술이 사용되는 것을 보는 것은 정말 흥미롭다"고 말했습니다.

연구진은 최근 논문에서 E-BAR의 에어백 시스템에 낙상 예측 기능을 통합하지 않았습니다. 그러나 대학원생 에밀리 카미엔스키가 이끄는 아사다 연구실의 또 다른 프로젝트는 사용자의 실시간 낙상 위험 수준에 따라 새로운 로봇을 제어하는 ​​머신러닝 알고리즘 개발에 집중했습니다.

아사다는 E-BAR와 더불어 그의 연구실에서 다양한 기술이 삶의 특정 단계나 이동성에 있는 사람들에게 다양한 수준의 지원을 제공하는 것을 봅니다.

"노인 돌봄 환경은 몇 주 또는 몇 달마다 바뀔 수 있습니다."라고 아사다는 말합니다. "나이가 들면서 장애나 이동성이 변하는 분들을 위해 지속적이고 원활한 지원을 제공하고 싶습니다."

이 연구는 일부적으로 국가 로봇 이니셔티브와 국가 과학 재단의 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/05/250513172033.htm