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공항을 통과하거나 큰 상점 주변을 걷는 것은 나이가 들수록 더 많은 에너지를 소비할 수 있습니다. 중국의 연구원들은 현재 발이 일부 작업을 수행하는 데 도움이 될 수 있는 부드러운 로봇 슈트를 테스트하고 있습니다.
실험적인 소프트 엑소슈트는 기존의 모터와 기어 대신 얇은 인공 근육을 사용하여 엉덩이를 지지합니다. 동료 검토 저널인 Science Advances에 발표된 이 연구는 가벼운 밴드처럼 허리와 허벅지에 꼭 맞는 4.2파운드 프로토타입을 설명합니다.
소형 런닝머신 테스트에서 건강한 성인 6명이 파워 어시스트가 활성화된 동안 평균 13.9% 적은 에너지를 사용했습니다. 센서는 또한 다리 근육이 덜 작동하는 것으로 나타났습니다.
그렇다면 소프트 엑소슈트는 실제로 어떻게 작동하며, 착용하기 전에 개선해야 할 점은 무엇일까?
옷은 성인에게 도움이 됩니다
부드러운 실험용 엑소수트는 허리와 허벅지에 꼭 맞으며, 착용 시 가벼운 벨트처럼 움직입니다. (Ziqi Zhang, Wei Yu 외./Science Advances)
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소프트 엑소슈트가 사람들의 보행을 돕는 방법
많은 로봇 외골격 강력한 엔진에 의지해 인간의 장기를 움직인다. 다른 곳에서는 펌프, 밸브 및 공기 탱크가 필요한 압축 공기를 사용합니다. 이러한 구성 요소는 외골격을 무겁거나 부피가 커지게 만들 수 있습니다. 또한 신체가 자연스럽게 움직이는 것을 제한할 수도 있습니다.
새로운 소프트 엑소슈트는 다른 접근 방식을 취합니다. 각 엉덩이 근처에 위치한 근육의 탄력 섬유를 사용합니다. 걸을 때 보폭의 올바른 지점에서 섬유가 당겨져 발이 앞으로 나아갑니다. 스트랩은 당기는 힘을 햄스트링에서 엉덩이와 허벅지로 전달합니다. 유연한 디자인 덕분에 슈트는 단단한 프레임 내에서가 아니라 몸과 함께 움직일 수 있습니다. “모터 없음”은 모터와 기존 기어박스가 없음을 의미합니다. 이 슈트는 인공 근육에 전력을 공급하기 위해 소형 배터리와 전기 시스템을 사용합니다.
인공 근육이 무거운 모터를 대체합니다.
인공 근육은 유전체 엘라스토머(dielectric elastomer)라는 고무 같은 소재를 사용합니다. 물질은 전기장에 노출되면 모양이 변합니다. 과학자들은 수년 동안 유전체 탄성체를 연구해 왔습니다. 그러나 이전 디자인에는 사람의 다리를 움직이는 데 필요한 힘이 부족했습니다. 대부분은 편안한 웨어러블 장치에 비해 너무 컸습니다.
허베이 공과대학의 웨이 유(Wei Yu)와 그의 동료들은 성능을 향상시키기 위해 재료의 분자 구조를 수정했습니다. 그런 다음 얇은 층을 비틀어 긴 섬유로 만들었습니다. 그런 다음 팀은 여러 개의 섬유를 묶음으로 그룹화했습니다. 이 배열은 인간의 근육과 유사하게 작동하며, 많은 작은 섬유가 함께 작용하여 더 많은 힘을 생성합니다.
연구원들은 또한 응용 분야에 추가적인 인장 강도가 필요할 때 더 많은 섬유를 추가할 수 있는 모듈식 커넥터를 만들었습니다. 허베이 공과대학(Hebei University of Technology)에 따르면 액추에이터는 실험실 테스트 중에 100,000회 이상의 사이클을 완료했습니다. 장기간의 연구를 통해 일상적인 착용 중에 소재가 얼마나 잘 유지되는지 보여줄 것입니다.
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연구원들은 이 기술이 결국 노인과 부상에서 회복하는 사람들을 지원할 수 있지만 더 많은 안전성 테스트가 필요하다고 말합니다. (아이스톡)
소프트 엑소슈트 시험은 보행 에너지 사용량을 13.9% 줄였습니다.
연구진은 6명의 건강한 지원자를 대상으로 연성 엑소사이트를 테스트했습니다. 각 참가자는 일련의 조건을 거쳤습니다. 그들은 양복을 입지 않고 걸었습니다. 그들은 또한 인공 근육으로 그것을 무력화시켰습니다. 다른 기간에는 전기 보조원들이 적극적으로 지원했습니다.
대사 테스트 시스템은 각 사람이 얼마나 많은 산소를 사용하고 있는지 측정했습니다. 다리에 부착된 센서도 근육 활동을 모니터링했습니다. 보조 장치가 활성화된 경우 자원봉사자는 보호복을 착용하지 않은 경우보다 평균 13.9% 적은 에너지를 소비했습니다. 허리 근육 활동 또한 다리가 각 단계를 완료하는 데 더 적은 노력을 기울이는 것으로 나타났습니다.
이러한 감소는 장거리 산책 중에 상당할 수 있습니다. 그러나 이 연구에는 통제된 시험 환경과 매우 작은 집단이 포함되었습니다. 자원봉사자들도 건강한 성인이었다. 연구자들은 여전히 노인과 이동성 문제가 있는 사람들을 대상으로 한 특별한 연구가 필요합니다.
소프트 엑소슈트가 성인에게 도움이 될 수 있는 이유
걷는 노력을 줄이는 웨어러블 장치는 다리 힘이 변할 때 사람들이 더 오랫동안 활동적인 상태를 유지하는 데 도움이 될 수 있습니다. 대형 식료품점에서 쇼핑을 하거나 가족과 함께 하루를 보내는 것을 고려해 보세요. 엉덩이에 가해지는 압력을 어느 정도 덜어주는 가벼운 슈트를 입으면 이러한 여행을 더욱 관리하기 쉽게 만들 수 있습니다.
디자인은 견고한 로봇 프레임보다 더 위협적일 수도 있습니다. 인공 근육은 옷에 내장된 끈과 유사하며, 지지 끈은 몸에 가깝습니다. 수술에서 회복 중인 사람들은 언젠가 이러한 유형의 지원으로부터 혜택을 받을 수 있습니다. 그러나 향후 임상 시험에서는 누가 보호복을 안전하게 사용할 수 있는지, 그리고 각 개인에게 어느 정도의 지원이 필요한지 결정해야 합니다. 또 다른 균형은 중요한 고려 사항을 제공합니다. 현재 연구는 넘어짐 예방이나 안정성이 아닌 걷기에 필요한 에너지에 초점을 맞추고 있습니다.
매일 사용하기 전에 소프트 엑소슈트에 필요한 것
현재 프로토타입은 초기 연구 시스템으로 남아있습니다. 배터리 수명은 슈트가 제공할 수 있는 도움의 양을 제한합니다. 연구원들은 향후 버전이 너무 많은 무게를 추가하지 않고도 더 오래 지속되기를 원합니다.
또한 제어 시스템은 사람이 가속하거나 감속할 때 자동으로 반응해야 합니다. 잔디 위를 걷거나 경사면을 오르는 것은 추가적인 어려움을 야기합니다. 긴장은 또 다른 장애물을 제시합니다. 유전체 탄성중합체 액추에이터에는 종종 1000V 이상이 필요합니다. 전류는 여전히 매우 낮지만 모든 웨어러블 소비자 제품에는 강력한 절연과 광범위한 안전 테스트가 필요합니다.
연구자들은 또한 섬유가 땀과 온도 변화에 어떻게 반응하는지 연구해야 합니다. 일상 활동 중 반복적인 굽힘은 장기적인 성능에도 영향을 미칠 수 있습니다. 소매 가격이나 출시 날짜는 발표되지 않았습니다.
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건강한 성인 6명을 대상으로 한 소규모 연구에서 경량 로봇 슈트는 보행 에너지 사용을 평균 13.9% 줄였습니다. (Yuri Rilchuk/Ukrinform/Next Edition via Getty Images)
이것이 당신에게 무엇을 의미합니까?
이 부드러운 외골격을 조만간 구매하지는 않을 것입니다. 그러나 연구에 따르면 이동성 지원이 어디로 갈 수 있는지 보여줍니다. 몸과 함께 움직이는 가벼운 시스템은 오늘날의 부피가 큰 외골격보다 훨씬 더 자연스럽게 느껴질 수 있습니다.
보행자 이용이 거의 14% 감소한 것은 고무적인 일입니다. 그러나 테스트에는 기본적으로 건강한 성인 6명만 참여했기 때문에 편안함, 안전성 및 실제 사용에 대한 더 많은 증거가 필요합니다.
다음 큰 단계는 성인과 이미 걷는 데 어려움을 겪는 사람들을 대상으로 슈트를 테스트하는 것입니다. 그곳에서 우리는 이러한 인공 근육이 실제로 사람들이 활동적이고 독립적인 상태를 유지하는 데 도움이 될 수 있는지 알아낼 것입니다. 그 사이에 이동성의 변화를 느끼는 사람은 누구나 현재 합리적인 지원에 대해 의사나 물리 치료사와 상담해야 합니다.
커트의 주요 리뷰
여기서 나를 매료시킨 것은 연구원들이 대형 모터로 누구에게도 부담을 주지 않으면서 보행자 지지대를 얼마나 잘 구축했는지입니다. 에너지 사용량을 약 14% 줄여주는 4.2파운드 슈트는 살펴볼 가치가 있다. 그러나 이는 건강한 성인 6명만이 참여하는 매우 소규모의 실험실 시험이었습니다. 배터리는 더 오래 지속되어야 하며 고전압 시스템은 심각한 안전 테스트가 필요합니다. 다음에는 더 큰 시험이 있을 것이다. 저는 이 소프트 엑소시트가 진정한 모바일 혁신이라고 부르기 전에 실제 보도에서 그리고 오랜 시간 동안 노인들과 어떻게 작동하는지 확인하고 싶습니다.
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