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회전근개 재건 수술 후 재활치료를 위한 소프트 웨어러블 로봇 개발
최재윤(J. Y. Choi),이태윤(T. Y. Lee),김영진(Y. J. Kim),윤성식(S. S. Yun),정봉근(B. K. Jung),조규진(K. J. Cho) 한국재활복지공학회 2019 한국재활복지공학회 학술대회논문집 Vol.2019 No.11
어깨 회전근개파열은 흔한 질환이지만, 재활과정에 많은 불편함이 있다. 보조기는 착용 기간에 비해 비싸고 CPM 기구는 큰 시공간적 제약과 높은 비용, 구조적 한계로 인한 불편함을 가지고 있다. 이를 개선하기 위해 소프트로봇 기술을 적용한 독특한 형태의 웨어러블 로봇을 개발하였다. 새로운 제품은 평소에는 보조기로 수술부위를 보호하고, 필요시엔 CPM 동작을 수행할 수 있다. 혼자 자택에서 간단한 조작을 통해 정확한 CPM 동작을 수행할 수 있으며, 제작과정, 경제성 모두 뛰어나기 때문에 실용화 가능성이 크다.
달리기의 효율과 안전을 증강할 수 있는 새로운 폼팩터를 갖춘 신발의 개발
유기평(K. P. Yu),강수경(S. K. Kang),이상엽(S. Y. Lee),윤성식(S.-S. Yun),안주은(J. E. Ahn),김기원(K. W. Kim),박주연(J. Y. Park),조규진(K. J. Cho) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
달리기는 운동을 목적으로 수행되는 가장 기본적인 신체활동으로 신체 건강 증진, 스트레스 해소 등 다양한 목적으로 이루어진다. 다양한 신발, 보조기들과 달리 기간 사용자의 운동 능력을 증강하고, 부상을 방지하기 위해 개발되었지만, 그 두가지 목적을 하나의 시스템으로 통합하는 데엔 한계가 있었다. 이에 본 연구에서는 발-발목 내부의 아킬레스건과 족저근막의 해부학적 구조를 모사한 탄성밴드를 신발 내부에 반영하여 달리기간 에너지 효율성 향상과 족저근막의 부상을 예방할 수 있는 새로운 폼팩터의 신발을 개발하였다. 개발된 신발은 일반 신발과 달리 앞발과 뒷발 사이 신발 허리부의 자유로운 움직임이 가능하여 신발과 발 사이의 상대움직임을 최소화하며, 이를 통해 발목의 움직임과 발 아치의 움직임을 함께 활용해 탄성밴드의 에너지 저장 및 방출 기능을 수행한다. 또한, 달리기 시작전 탄성밴드를 프리텐션시켜 발목의 저측굴곡을 강화하며 달리기 속도를 높이는데 적합한 앞발착지 주법을 유도한다. 탄성밴드가 작용하는 수축력과 강성은 발 아치의 과내전을 감소시켜 달리기간 족저근막 부상의 위험성을 낮춘다. 신발내 탄성밴드의 장착 여부에 따른 비교 시, 장착 후 보행 주기 전반에 걸쳐 발목 족저굴곡이 강화되어 앞발착지 주법이 유도됨이 확인되었다. 상용 신발과 비교한 달리기 테스트간 9 km/h 속도에서 3.9%, 11 km/h 속도에서 6.5%의 에너지 소모가 감소되어 에너지 효율성 개선이 이루어졌다. 발-발목 구조를 모사한 더미를 통한 착지 테스트를 통해 상용 신발의 경우 족저근막 모사체가 파단된 반면, 본 연구를 통해 개발된 신발은 모사체를 온전히 보호할 수 있었다.
종이접기 기반 가변강성 메커니즘을 활용한 경량 웨어러블 디바이스 개발
김재경(J.-K. Kim),이대영(D.-Y. Lee),조규진(K.-J. Cho) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
제조업 현장에서 상향 작업을 하는 작업자들이나 복강경 수술을 하는 의사들은 팔을 오랜 시간 들고 작업을 해야 하기 때문에 이와 관련된 근골격계 질환들이 보고되고 있다. 이를 해결하기 위해서는 장시간 자세 유지를 도와주는 웨어러블 로봇이 필요하다. 자세 유지만을 목표로 하는 웨어러블 로봇은 기존의 로봇들과는 달리 움직임을 만들기 위해 필요한 액츄에이터나 제어파트를 최소화할 수 있기 때문에 간단하게 제작이 가능하다. 이에 최근 자세 유지와 관련된 제품들이 출시되고 있고 관련 연구들이 진행되고 있다. 이 중 가변강성 원리를 사용한 자세 유지 웨어러블 로봇은 사용되지 않을 때는 강성을 낮춰서 작업자들의 움직임을 방해하지 않고, 사용할 때는 강성을 높여서 팔을 지지해주는 방식이며 주로 음압을 사용한 재밍 방식이 사용되고 있다. 한편 종이접기 원리를 사용한 구조는 얇은 판을 접힘선에 따라 접음으로써 간단하고 가벼운 시스템에서 강성을 바꿀 수 있다는 장점이 있다. 이러한 특징을 사용하여 사용하지 않을 때는 인간의 움직임을 방해하지 않고, 사용할 때는 간단한 구조의 변경으로 팔을 지지할 수 있는 강성을 가지는 웨어러블 로봇을 설계하였다. 이 로봇은 팔을 외전 시킨 이후 장시간 작업해야 하는 작업 현장이나 수술 현장에서 자세 유지를 보조하는 역할을 할 것으로 예상된다.