아이언맨 슈트가 현실로,
근육신호 읽는다 '입는 로봇'

SF 영화나 히어로물 만화영화를 보면 평범한 주인공이 단단한 기계 슈트를 입고 거대한 바위를 번쩍 들어 올리거나, 하늘을 날아다니는 장면이 자주 등장한다. 어릴 적 누구나 한 번쯤 "나도 저런 기계 옷을 입고 엄청난 힘을 내보고 싶다"라는 상상을 해보았을 것이다.

영화 속 상상으로만 여겨졌던 이 기계 슈트는 '웨어러블 로봇(Wearable Robot, 착용형 로봇)'이라는 이름으로 우리 일상 속에 성큼 들어왔다. 병원에서 사고로 다리를 다쳐 걷기 힘든 환자가 로봇 다리를 착용하고 다시 발걸음을 떼거나, 무거운 부품을 매일 나르는 공장 작업자가 허리와 어깨에 로봇을 차고 가볍게 짐을 들어 올린다.

모터와 쇠 파이프로 만들어진 무거운 로봇을 입었는데도 몸이 짓눌리지 않고, 오히려 사람의 힘을 몇 배로 키워주는 비결은 무엇일까? 사람의 피부와 기계 관절이 하나처럼 맞물려 돌아가는 외골격 공학의 비밀을 파헤쳐 보자.

근육이 움직이기 0.01초 전에 신호를 잡는 근전도 센서

내가 다리를 들어 올리거나 팔을 굽히려 할 때, 로봇이 굼뜨게 한 박자 늦게 따라오면 어떻게 될까. 무거운 쇳덩어리가 내 몸의 움직임을 방해해 중심을 잃고 앞으로 꼬꾸라지기 십상이다. 로봇 옷이 제 역할을 하려면 사람이 "움직여야지"라고 생각하는 찰나의 순간을 포착해 동시에 움직여야 한다.

이 속도 문제를 해결하는 핵심 감각 기관이 바로 피부에 붙이는 '근전도(EMG) 센서'다.

사람이 뇌에서 "오른발을 앞으로 뻗어라"라고 결심하면, 뇌는 척수 신경을 거쳐 허벅지 근육으로 미세한 전기 신호를 전송한다. 이 전기 명령을 받은 근육 세포들이 실제로 수축하며 다리 뼈를 당겨 올리는 데는 약 0.05초에서 0.1초 안팎의 물리적 시간이 걸린다.

웨어러블 로봇의 허벅지와 팔 안쪽에 닿아 있는 초정밀 센서는 근육이 실제로 부풀어 오르기도 전, 뇌가 근육으로 쏘아 보낸 수 마이크로볼트(㎶) 단위의 극미세 전기 신호를 피부 표면에서 감지해 낸다.

사람의 다리가 미처 들리기도 전에 컴퓨터는 "사용자가 오른발을 시속 3km 속도로 30도 들어 올리려 하는구나!"라고 의도를 파악한다. 그 즉시 다리 관절의 모터에 전력을 공급해 사람의 뼈와 똑같은 궤적으로 관절을 회전시킨다. 사람이 힘을 주려는 순간 기계가 한발 앞서 길을 터주기 때문에, 사용자는 기계의 무게감을 느끼지 않고 내 몸의 일부처럼 편안하게 발을 내딛게 된다.