성장 중인 웨어러블 외골격 로봇 시장

엑소스켈레톤(웨어러블 외골격 로봇)은 인간의 지능과 기계적 힘을 합친 것으로, 앞으로의 시장 잠재력이 상당히 크다. 이 신 기술을 이끄는 동력은 노동력 부족과 질병에 대한 대비이다. 최초의 생체공학적 협력자인 이 엑소 스켈레톤은 스마트 팩토리에도 매우 적합하다.

틸로 미할(Tilo Michal): Agentur Strichpunkt e. K. 오너, 워크샵 트레이너 및 홍보 담당

핵심 내용

  • 산업계가 인력 부족과 다운타임으로 인해 엑소 스켈레톤에 눈을 돌리고 있다.
  • 엑소스켈레톤은 작업자의 노동을 수월하게 하여, 정시 퇴근이 가능하고, 장기적으로는 정형외과 질환을 예방할 수 있다.
  • 사용자의 운동 거동이 엑소스켈레톤을 착용함으로써 어떻게 변하는지 잘 알려져 있지 않다. 이 기술이 ‘신생 기술’인 관계로 신뢰할 만한 연구 결과가 아직 없기 때문이다.
  • 산업용 사물인터넷에 사용하기 위해 네트워크에 연결한 엑소스켈레톤이 최초로 하노버 박람회에서 선보였다.

20년 전, 완구용품을 생산하는 레고가 생존을 위협하는 매출 부진을 바이오니클 개발로 해결하였다. 오늘날 엑소스켈레톤을 착용한 착용자는 레고가 탄생시킨 판타지 생명체를 떠오르게 한다. 실제로 산업용 엑소스켈레톤인 ‘웨어러블 로봇’은 인간과 기계를 의도적으로 융합한 것이다. 인간은 생산 프로세스 자동화를 통한 수많은 접근법에도 불구하고 여전히 중요한 요소이다. 바로 인간은 프로그래밍을 할 필요 없이, 뛰어난 힘 폐쇄와 극도로 짧은 각 가속도를 운동 민첩성과 가변성을 갖춘, 모방할 수 없는 생체 역학 능력과 지적 능력을 조합한 존재이기 때문이다. 한편 많은 프로세스는 상당한 비용과 시간을 들이고 막대한 ‘하드웨어’가 있어야만 자동화할 수 있으며, 어쨌거나 수작업에서는 이것이 불가능하다.

약 2년 전부터 연속적으로 제조되기 시작한 엑소스켈레톤은 자동화하기 힘든 빈틈을 메우기 시작했다. “엑소스켈레톤을 개발한 동기는 자동차 산업의 조립이 시작이었습니다. 자동차 산업의 조립 작업은 대부분 머리 높이 위에서 작업이 이루어집니다. 당사는 Volkswagen과 협력하여, 폭스바겐 비틀을 조립했던 볼프스부르크 공장의 전설적인 생산 라인 ML 1에서 작업을 진행했습니다. 현재는 수작업 분야에 사용하는 엑소스켈레톤이 매출의 1/3을 차지하고 있습니다.”(Dr. 죈케 뢰싱, Ottobock Industrials 리더)

Ottobock의 Paexo 라인은 강도 높은 오버헤드 작업을 위해 고안되었다.

노동력 부족에 대비한 웨어러블 로봇

“헬퍼인 엑소스켈레톤을 옹호하는 한 가지 사실은 노동력 부족입니다. 기업은 자격을 갖춘 노동력 확보에 관심이 점점 커지고 있습니다. 많은 노동자들도 자신들이 어떤 곳에서 어떻게 일하고 어떤 조건에서 일할 수 있는지 대부분 알 수 있기 때문입니다.” 죈케 뢰싱은 엑소스켈레톤에 대한 수요가 급격히 증가한 배경에 대해 설명하였다. 엑소스켈레톤에 대한 시장의 수요가 늘어나는 또 다른 요인은 보험 회사와 기업 그리고 노동조합의 요건이다. 독일 연방 산업안전 및 노동의학청은 직업 관련 근골격계 질환(MSD)이 독일의 노동 불능의 가장 큰 이유이며, 기업과 보건 체계를 움직이는 요소임을 확인했으며, 2016년 한 해 운동계 질환으로 인한 생산 중단 비용이 172만 유로(원화로 23억 원)를 기록하였다고 하였다. “40세가 넘어가면 근골격계 질환이 엄청나게 증가합니다. 엑소스켈레톤은 이러한 작업자들의 작업을 원활하게 해주고 정시 퇴근을 가능하게 하면서, 장기적으로 정형외과 질환을 예방하는 데 큰 도움이 됩니다.”(죈케 뢰싱)      

그럼에도 불구하고 여전히 비판적 목소리가 나오고 있다. “우리는 엑소스켈레톤 시스템이 장기적으로 어떤 결과를 낳을지 잘 알지 못합니다.”(자샤 비쉬니프크시, 독일 연방 산업안전 및 노동의학청 Human Factors Ergonomie 연구 그룹 리더 및 학술 디렉터) “엑소스켈레톤을 3 ~ 4개월 동안 매일 착용한다면, 운동 거동이 어떻게 변할까요? 엑소스켈레톤의 힘은 그대로겠지만, 신체 각 부분에는 다른 영향이 생길 것입니다.” 이 기술은 ‘신생 기술’인 관계로 아직 신뢰할 만한 장기적인 연구 결과가 나오지 않았다.

스마트 엑소스켈레톤은 자동차 업계의 컨셉트카이다

현재 이러한 서포트 시스템에 대한 수요가 점점 커지고 있다. “중소기업과 대부분의 수작업자는 이러한 엑소스켈레톤을 수 분 이내에 조정하고 사용할 수 있어야 합니다. 이 시스템은 ‘바로 사용할 수 있어야(ready to use)’ 합니다. 노동 인력 하나하나가 중요한 중소기업의 경우, 비용 편익에 대한 계산을 바로 낼 수 있어야 합니다. 번거로운 구현 단계를 감당할 여유가 없기 때문입니다.”(죈케 뢰싱)

German Bionic의 CEO인 아르민 G. 슈미트도 다음과 같이 설명한다. “우리 회사의 Cray X는 시장으로부터 많은 호평을 받고 있으며, 최초의 지능형 파워 수트에 대한 기업들의 관심이 커지고 있습니다.” BMW의 경우 전 세계 50,000명의 직원과 20,000대의 로봇이 생산 공장에 배치되어 있으며, 한 생산 공장에는 이미 수십 대의 엑소스켈레톤이 사용되고 있다는 점을 감안하면, 엑소스켈레톤의 수요는 계속 증가할 것이라는 예측을 할 수 있다. 예를 들어 독립 ABI 리서치 기관은 2028년까지 생체 공학적 도우미인 엑소스켈레톤에 대한 시장 규모가 58억 US 달러(원화로 7조 원)에 이를 것으로 전망하였다. “수동적 엑소스켈레톤의 경우 매년 2자릿수 이상의 성장을 거듭하고 있습니다. 올해 이 시장은 5천 ~ 1억 유로(원화로 700 ~ 1,350억 원) 규모가 될 것이고, 2025년까지 20 ~ 30억(2조 7천억 ~ 4조 원) 유로로 증가할 것입니다.”(죈케 뢰싱)

앞으로 엑소스켈레톤이 인더스트리 4.0과 스마트 팩토리에서 중요한 역할을 하게 될 것임은 자명한 사실이다. 지난 하노버 메쎄에서 German Bionic은 산업용 사물 인터넷에 사용하기 위한, 최초의 네트워크화된 로봇 엑소스켈레톤 Cray X을 선보였다. 그리고 ‘다음 단계의 생체 공학 발전의 학문적 토대를 마련하기 위한 학제간 플랫폼’인 German Bionic IO도 준비하고 있다고 엑소스켈레톤 산업 협회(VDEI e.V.) 과학 자문위원회 회원인 의학박사 헤르베르트 슈스터 교수가 언급하였다. 죈케 뢰싱은 스마트 엑소스켈레톤를 다음과 같이 보고 있다. “능동적 엑소스켈레톤은 폭넓은 응용 사례에 사용하기에, 아직 충분히 성숙되지 않았습니다. 하지만 엑소스켈레톤은 인더스트리 4.0 측면에서 가능성을 제시하고 있습니다. 모터 쇼의 컨셉트카에서 볼 수 있듯이 ‘아하 효과’와 ‘오호 효과’를 스마트 엑소스켈레톤이 보여주고 있습니다.”

MM 주제 관련 정보 엑소스켈레톤

제조, 물류, 간병 등 수작업 분야에 사용하기 위한 엑소스켈레톤이 약 2년 전부터 연속적으로 생산되기 시작하였다. 엑소스켈레톤은 능동적 엑소스켈레톤과 수동적 엑소스켈레톤으로 나뉜다. 능동적 엑소스켈레톤은 축전지, 압축 공기 또는 직접적인 파워 서플라이로 구동되며, 그로 인해 보다 비싸고, 보다 무겁고, 실현 비용이 높아진다. 수동적 엑소스켈레톤은 무게를 수용하고 배분하여 흡수하도록 고안되었다. 자체 무게는 디자인에 따라(머리/목, 어깨, 등, 골반/둔부 등) 1.5 ~ 5kg이다. Ottobock은 자동차 산업의 플러그 삽입과 구멍 막기 작업에 사용하기 위해 세상에서 가장 작은 엑소스켈레톤인 Paexo Thumb를 제조하였다. 이 새로운 시장을 차지하고 있는 것은 미국과 한국, 독일, 이탈리아, 일본 등 약 십여 개 제조사들이며, 이들의 핵심 시장은 주로 독일과 미국, 프랑스이다. 시장 관찰자들은 2025년까지 전 세계 시장 규모가 30억 유로(원화로 4조 원)로 성장될 것으로 추정하고 있다. 예를 들어 ‘척추 강화 외골격’ 가격은 5,000 유로(원화로 670만 원)에 조금 못 미친다. 몇몇 제조사는 한 달에 약 99유로에 임대 및 광범위한 서비스를 제공하고 있다.

Ottobock이 생산하는 전세계에서 가장 작은 엑소스켈레톤 Paexo ‘Thumb’은 3D 프린팅으로 제작하였다.

MM 인터뷰

엑소스켈레톤의 목적은 사이클 타임을 높이는 것이 아니라 건강을 책임지는 것이다

부르쿠 퀴뤼퀴, Comau 어카운트 매니저, Mate 전문가.

MM은 산업 자동화 및 로보틱스 전문 업체인 Comau의 어카운트 매니저이자 Mate 전문가인 부르쿠 퀴뤼퀴와 인터뷰를 진행하였다. Mate(메이트)란 Muscular Aiding Tech Exoskeleton(근육 강화 기술 엑소스켈레톤)을 의미한다. 엑소스켈레톤은 매일 반복되는 작업에서 운동을 지속적으로 지원하여 작업의 질을 높인다.

최초의 엑소스켈레톤 가운데 하나인 메이트를 만들었고, 이 메이트가 산업 현장에 진출했습니다. 개발하는 데 시간이 얼마나 걸리셨나요?

프로토타입 개발과 테스트 단계 그리고 2018년 12월 시장 진입까지 약 2년 반 동안 집중적으로 연구하였습니다.

메이트의 테스트는 어디서 진행하셨습니까?

메이트는 아일랜드의 비절개식 정형외과 기구 분야에서 선도적인 기업인 Össur와 웨어러블 기술 전문인 Bio Robotics 연구소(Scuola Superiore Sant’Anna) 그리고 스핀 오프 업체인 Iuvo와 긴밀히 협력하여 인간 공학적 기준에 따라 개발하였고, 메이트는 폰테데라에 위치한 Comau Humanufacturing 혁신 센터에서 설계하였습니다. 실제 노동 환경, 특히 다양한 브랜드의 자동차 제조사 생산 환경에서 수많은 테스트를 진행하였습니다.

엑소스켈레톤은 같은 시간 동안 더 많은 일을 한다는 의미인가요?

원리상으로는 그렇습니다. 우리가 실시한 연구 결과, 엑소스켈레톤을 통해 사이클 타임이 10% 빨라졌습니다. 하지만 엑소스켈레톤을 사용하는 관건은 사이클 타임과 선택적 성능을 높이는 것이 아니라 작업자의 안전과 건강을 보호하는 것입니다. 즉 지속 가능한 요소가 중요합니다. 연구 결과 메이트를 사용하면 근육에 가해지는 부하가 평균 30% 낮아집니다. 따라서 작업자는 보다 좋은 컨디션을 유지하고 피곤을 덜 느끼게 합니다. 또한 엑소스켈레톤을 통해 신체 자세도 장기적으로 개선되지만 이 부분이 간과되곤 합니다.

앞으로 계획은 무엇입니까?

많은 얘기를 할 수 있겠지만, 우선은 엉덩이, 골반, 허벅지의 부담을 완화하는 엑소스켈레톤, 원한다면 메이트와 함께 쓸 수 있는 합리적이고 필요한 보완 제품을 테스트하고 있습니다.