관리번호

2022-서비스로봇-일반-12

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제유형

■ 원천기술   □ 혁신제품

로봇/자동화기계

기능복원/보조 및 복지기기

융합유형

□ 산업고도화형 ■ 사회문제해결형  □ 신산업창출형  □ 해당없음

해당여부

□ IP연계  □ 표준연계  □ 디자인연계  □ BI연계  □ 경쟁형  □ 복수형    □ 국가핵심기술  □ 서비스형  □ 안전과제  □ 탄소중립  □ 국제공동    □ BM형  □ 원스톱형  □ 챌린지형  □ 통합형  □ 실증형

R&D

샌드박스유형

■ R&D 샌드박스(일반)  □ R&D 샌드박스(지정)

과제명

간병근로자 근력보조를 위한 유연구동기 및 소프트 웨어러블 로봇 기술 개발

품목코드

(HSK10)

류

호

소호

통계부호

(TRL :  [시작] 3단계 〜 [종료] 5단계)

9

5

0

6

9

9

0

0

0

0

1. 개념 및 정의

ㅇ 요양시설, 병원 및 가정에서 환자를 부축하고 휠체어, 침대로 이동시키는 등의  과도한  힘을 사용하는 간병근로자의 허리-상지 복합관절 근력보조를 위한 유연구동기 및 쉬운 착용성, 편한 착용감의 경량 소프트 웨어러블 로봇 개발

- 모터, 공압 구동기, 유압 구동기  등의 추가 구동장치나 동력전달장치 없이 가볍고 부드러우면서 스스로 수축하고 힘을 발생하는 유연구동기을 적용한 소프트 웨어러블 로봇

- 간병 작업시 부담이 많이 가는 허리, 어깨, 팔 등의 신체 근력을 보조하면서도 편한 착용감과 자유로운 활동성이 보장되는 경량 소프트 웨어러블 로봇

2. 연구목표 및 내용

□ 최종 목표

ㅇ 간병근로자의 허리-상지 복합관절 근력보조를 위한 유연구동기 및 쉬운 착용성, 편한 착용감의 경량 소프트 웨어러블 로봇 기술 개발

- 스스로 수축하고 힘을 발생하는 유연구동기 기술 개발

- 가볍고 편한 착용감의 간병근로자 근력보조 소프트 웨어러블 로봇 기술 개발

- 착용자 동작의도 및 보조시점 파악을 위한 센서구조 및 알고리즘 개발

- 간병작업 조건에서 소프트 웨어러블 로봇 보조효과 평가

ㅇ 정량적 목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내최고 수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	유연구동기 무게 대비 구동력	kgf/g	> 1.5	1.0	0.01 (스웨덴, 린셰핑 대)
2	소프트 웨어러블 로봇 무게(제어기, 배터리 포함)	kg	< 1.8	-	8.1 (일본, Innophys 사)
3	소프트 웨어러블 로봇 보조대상 관절	-	복합관절보조 (허리, 상지)	단일관절보조	허리, 어깨 보조 (일본, Innophys 사)
4	소프트 웨어러블 로봇 최대 관절 보조력	kgf	> 20	10	35.7(허리단일관절) (일본, Innophys 사)
5	소프트 웨어러블 로봇 보조효과	%	> 20	10	5 (일본, Cyberdyne 사)

□  개발 내용

ㅇ 모터, 공압, 유압 등의 추가 구동장치 없이 가볍고 부드러우면서 스스로 수축하고 힘을 발생하는  경량 소프트 웨어러블 로봇에 적합한 유연구동기 개발

- 간병근로자 동작범위에 대응가능한 높은 수축률의 단위 유연구동소자 개발

- 단위 유연구동소자를 결합, 확장한 높은 구동력의 유연구동기 제작기술 개발

- 간병근로 근력보조에 적합한 구동력, 구동속도의 유연구동기 및 제어기술 개발

ㅇ 가볍고 편한 착용감의 간병근로자 근력보조 소프트 웨어러블 로봇 기술 개발

- 간병근로자 허리-상지 복합관절 근력보조가 가능한 소프트 웨어러블 로봇 개발

- 환자 이승/부축/침대 자세변화 등 간병근로 동작분석을 통해 근력보조를 효과적으로 할 수 있는 유연구동기 배치 및 소프트 웨어러블 로봇 구조 개발

- 간병근로자에 적합한 가벼운 무게, 쉬운 착용, 편안한 착용감의 소프트 웨어러블 로봇 개발

ㅇ착용자 동작의도 및 보조시점 파악을 위한 센서구조 및 알고리즘 개발

- 착용자의 근육변화를 비접촉상태에서도 측정할 수 있는 유연 동작센서 개발

- 동작의도 인식을 위한 경량 소형/박형 다축(3축 이상) 힘 센서 개발

- 유연 동작센서, 힘 센서, IMU 등의 복합센서 정보 기반의 동작의도인식 및 근력보조제어 알고리즘 개발

ㅇ 간병근로 조건에서 소프트 웨어러블 로봇 보조효과 평가

- 간병근로 보조효과 평가방법 및 평가시나리오 개발

- 간병근로자 대상 간병근로 환경에서 평가를 위한 IRB 승인 및 보조효과 평가

□ TRL 핵심기술요소(CTE)

핵심 기술요소		최종단계	생산수준 또는 결과물	시험평가 환경
1	유연구동기	5	시제품	시작품 환경
2	소프트 웨어러블 로봇	5	시제품	간병근로 조건

3. 국내외 기술 동향

ㅇ 가볍고 편한 착용감으로 근력보조가 가능한 소프트 웨어러블 로봇에 대한 요구가 높으며 미국 하버드대, 스웨덴 린셰핑대 등을 중심으로 연구개발이 활발

-  기존 구동기를 적용함으로 인한 무겁고 불편한 착용감의 웨어러블 로봇의 한계를 극복하기 위해 신개념 유연구동기 원천기술 연구가 활발함

ㅇ 증가하는 고령자 수에 비해 간병인력의 공급이 수요를 따라가지 못하는 실정에서 간병근로자의 부담을 줄이기 위한 웨어러블 로봇 개발 및 보급 활발

-  일본의 Cyberdyne사 및 Innophys사에서는 공공요양시설 간병인들의 허리부담을 덜어주기위한 허리 근력보조 웨어러블 로봇을 보급 적용 중

4. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 신개념 유연구동기가 적용된 가볍고 편안한 소프트 웨어러블 로봇은 기존 고가의 무겁고 불편한 강체기반의 웨어러블 로봇을 탈피하기 위하여 세계적으로 개발을 시도하고 있는 분야로서, 초기 성장단계에 있어 원천기술 확보를 통한 기술선점 및 세계 시장확보를 위해서는 지금이 기술개발의 적기임

□ 경제적 지원필요성

ㅇ 노령화와 힘든 작업 기피에 의한 노동인력 감소 → 근로자의 근력보조 웨어러블 로봇에 의한 노동인력 대체와 생산성 향상이 절실함. 노동인력 부족현상을 해소하기 위해서는 고령 근로자의 근로수명 연장이 필요

- 근로자 근력보조용 웨어러블 로봇은 글로벌 기업들이 경쟁적으로 투자하고 있는 분야로 글로벌 웨어러블 로봇 시장은 2026년 53억달러로 급성장할 것으로 전망(시장조사업체 리서치앤드마켓)

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 노인인구, 치매환자 증가로 인한 병원 및 요양기관의 간병근로자 수는 급격히 증가 추세(2019년 장기요양기관 2만1천 여개, 종사자수 30만 여명)이며, 요양보호사 중 90%이상이 여성, 74%이상이 50대 이상으로 근력이 약한 종사자들이 많고 과중한 육체노동에 의한 피로 및 근골격계 질환 호소로 근력보조를 위한 웨어러블 로봇 개발이 시급

5. 활용방안 및 기대효과

□ 활용방안

ㅇ 근골격계 질환에 노출된 간병근로자들의 근로환경 개선에 활용

□ 기술적 기대효과

ㅇ 경량화, 저가화, 성능향상을 통해 간병분야뿐만이나리 물류, 건설, 농업 등의 타산업 및 일상생활(노약자, 장애인 보조, 재활)분야에서도 웨어러블 로봇의 개발 촉진

□ 경제적 기대효과

ㅇ 신개념 유연 구동기는 새로운 구동기 부품 시장을 창출

ㅇ 소프트 웨어러블 로봇은 저렴한 가격으로써 대중화 및 활용도를 극대화하여 웨어러블 로봇 시장을 확장시키고 세계시장을 주도

□ 기타 사회․문화적 측면의 기대효과 및 파급효과

ㅇ 고령 근로자의 근로수명 연장 및 일자리 창출

ㅇ 힘든 신체작업 기피에 의한 노동인력 감소 문제 개선

6. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 45개월 이내 (1차년도 개발기간 : 9개월, 2~4차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 :  ‘23년 9억원 이내(총 정부출연금 45억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 비영리기관

ㅇ 기술료 징수여부 : 비징수