'아이언맨 슈트'입은 공항 직원들, 왜?

[생생일본통] 일경일렉트로닉스 '어시스트 슈트' 동향 소개
日 항공사 슈트 활용해 화물 작업 부담 덜어주는 노력도

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자료제공=해동일본기술정보센터, 정리=김지영 기자 기자 - 2019.07.04

대덕넷이 매주 목요일 일본 과학기술 및 산업계 최신 동향을 소개하는 '생생일본통'을 연재합니다. 해동일본기술정보센터의 지원을 받아 일본의 기술서적과 정기간행물, 일본 정부 산업계 백서 등 다양한 정보를 번역해 제공합니다. 더 많은 최신 일본 기술정보는 해동일본기술정보센터 홈페이지를 통해 확인 할 수 있습니다.<편집자 주>

작업지원과 보행지원에 사용돼왔던 '어시스트 슈트' 시장이 급속도로 커지고 있다. 어시스트 슈트는 20년전부터 사용돼 왔다. 이는 무거운 물건을 들어 올리는 부담을 경감시키거나, 보행을 지원하는 등의 기계장치이다. 

최근 들어, 그 일부 제품이 인체와의 융합도를 높여 임플란트 수술을 하지 않고 신체 위에 장착하는 것 만으로 자신의 신체의 일부와도 같이 동작할 수 있게 되었다. 마치 입기만 해도 사이보그가 될 수 있는 디바이스인 것이다. 일경일렉트로닉스가 향후 10년 안에 우리의 업무 및 생활을 크게 바꾸게 될 어시스트 슈트에 대한 기사를 실었다. 자세한 내용을 하단에 소개한다. 

일경일렉트로닉스가 '입기만해도 사이보그'를 제목으로 어이스트 슈트에 대한 기사를 실었다<사진=해동센터>일경일렉트로닉스가 '입기만해도 사이보그'를 제목으로 어이스트 슈트에 대한 기사를 실었다<사진=해동센터>

입기만 해도 사이보그가 된다
어시스트 슈트 시장, 제 2막 


◆ Part 1. 동향 편
어시스트 슈트 '제 2형태', 인간의 '사이보그화'가 시작된다


약 20년 전부터 작업지원 및 보행 지원에 사용되어 왔던 '어시스트 슈트'의 시장이 급속도로 확대되고 있다. 그 어시스트 기능도 큰 폭으로 향상되고 있으며 일부 제품의 경우, 입기만 해도 인간을 '사이보그'로 만드는 수준까지 진화했다. 이런 어시스트 슈트의 제 2형태, 더 나아가 그 이상의 제품이 향후 10년 안에 우리의 업무와 생활을 크게 바꾸게 될 전망이다.

"우리는 인간과 기계의 하이브리드화가 목표이다."(파나소닉 자회사인 ATOUN의 대표이사 사장인 후지모토(藤本) 씨)

과거에는 SF세계 속 이야기에 지나지 않았던 인간의 '사이보그화'가 현실이 되려 하고 있다. 사이보그란 인간의 신체와 로봇 기술을 융합시켜 보통 인간으로서는 발휘할 수 없는 능력을 지닌 '초인'을 가리킨다. 그러나 지금까지는 이를 실현하는데 어려움이 따랐다. 인체를 개조하는 기술 및 임플란트 기술 등의 침습(侵襲) 수술은 기술적이나 윤리적으로 해결해야 할 과제가 산적해 있기 때문이다.

최근에 와서, 이들 과제를 잘 피해 간 기술이 등장했을 뿐만 아니라 제품이 실용화되었다. 실용화된 제품은 ‘어시스트 슈트’의 일종이다. 어시스트 슈트는 무거운 물건을 들어 올리는 부담을 경감시키거나, 보행을 지원하는 등의 기계장치이다. 최근 들어, 그 일부 제품이 인체와의 융합도를 높여 임플란트 수술을 하지 않고 신체 위에 장착하는 것 만으로 자신의 신체의 일부와도 같이 동작할 수 있게 되었다. 마치 입기만 해도 사이보그가 될 수 있는 디바이스인 것이다.

- 최근 1년동안 어시스트 슈트 시장이 급격하게 확대 
그 전신인 '제 1형태'라고 할 수 있는 어시스트 슈트의 개발은 약 20년 전부터 추진되어 왔으나, 실용화에는 고전을 면치 못했다. 그러나 최근 1년정도 사이에 급격하게 이용이 확대되고 있다.

어시스트 슈트를 사용하기에 적합한 작업은 무거운 것을 이동시키는 반복 작업과 장시간 반쯤 일어선 자세를 유지해야 하는 작업 등이다. 예를 들어 ATOUN이 개발한 'MODEL Y'를 2020년 도쿄올림픽∙패럴림픽에서 스태프가 착용한다. 주요 용도는 패럴림픽의 파워 리프팅 경기에서 바벨을 교환하는 서포트 작업이다. 바벨을 교체하면서 기록을 늘려나가는 대회의 규칙 때문에 스태프는 하루에 몇 백 번이나 바벨을 다른 것으로 갈아 끼워야 할 필요가 있다.

- 중노동의 부담을 경감시킴으로써 인재 유출을 억제 
현재 어시스트 슈트 도입을 견인하는 것은 무거운 짐을 다루는 물류업계 및 신체에 부담이 큰 개호 현장, 제조공장 등이다. 그 이유 중 하나는 심각한 일손 부족이다. 저출산 고령화가 진행되어 노동인구가 감소한 가운데, 이들 업계에서는 시급한 과제가 되고 있다. 또한 고된 업무를 기피하는 이직률이 높으며 작업 부담이 좀 더 낮은 기업으로의 인재 유출이 가속화되고 있다. 이직률이 높으면 신입 직원에게 지도하는 베테랑이 부족해, 생산성이 더욱 저하되는 폐해가 있다. 이런 사태에 대처하는 것의 중요성을 깨달은 기업이 어시스트 슈트를 찾기 시작한 것이다.
 
- 작업 부담의 경감으로 누구나 종사할 수 있게 
새롭게 일손을 확보해 현재의 종업원의 이직을 방지하기 위해서는 우선 노동환경을 개선하지 않으면 안 된다. 그러나 제도상의 복리후생만으로는 부족하며 작업 부담 자체를 경감시킬 필요가 있다. 어시스트 슈트를 도입하게 되면 작업 부담도 경감되고 종업원의 이직을 줄일 수 있으며 작업할 수 있는 인원의 저변을 넓힐 수 있는 효과도 있다. 기존에는 육체적인 부담이 큰 노동은 주로 젊은 남성이 담당해 왔으나, 어시스트 슈트를 사용하면 여성이나 고령자도 그런 작업을 맡을 수 있게 되어 누구나 정년까지 오랜 기간 일할 수 있는 환경을 만들 수 있다.

- 배터리와 프레임 소재의 개선도 훈풍으로 
- 제품은 동력원이 있는 것부터 없는 것까지 다양해
- 저가격화로 용도는 대폭 확대 
- 향후 10년간 약 30배로 급성장 
- 의복처럼, 신체 확장, ‘건담’으로 3극화 
- 안드로이드 등장까지의 연결고리인가 
- AI보다도 우수한 실제 뇌를 활용


● 패시브 타입은 개성 있는 제품으로 시장 개척을 견인
어시스트 슈트는 동력원을 사용하는 액티브 타입의 제품이 앞으로는 주류가 될 전망이다. 그러나 현재 상황에서는 체험자가 적을 뿐 아니라, 가격이 높아 도입에 주저하는 기업도 많다. 따라서 가격이 저렴하며 동력원을 사용하지 않는 패시브 타입에 시장의 개척자 역할로서의 기대가 모아지게 되었다. 실제로 머리를 짜낸 '개성 있는' 제품이 많은 것이 특징이다.

- 20분의 1의 가격 파괴로 ‘착용의 어려움’을 낮춘다 
그 가격의 리더가 되고 있는 것이 운송용 팔레트의 임대사업을 하고 있는 유피알(UPR)이다. 마치 컨셉트처럼 패시브 타입의 어시스트 슈트 '서포트 자켓 Bb+FIT'을 개발했다. 가격은 2만5000엔으로 패시브 타입의 경쟁제품의 20분의 1이라는 파격적인 가격이다. 일단은 사용해봐야 그 진가를 알 수 있다는 느낌이다. "현재의 어시스트 슈트는 착용하고 작업하는 것 자체가 넘어야 할 산이다. 또한 가격도 비싸다."(유피알 물류사업본부 어시스트슈트사업부장 나가자와 씨). 그 결과, 2018년 9월의 발매 이후 약 1만개가 팔렸다고 한다.

그러나 단순히 저렴하기만 한 것은 아니다. 장착 시의 위화감을 저감시키는데도 주력했다고 한다. 구체적으로는 자세의 교정에 중점을 두고 인간 공학에 기반한 “2개의 등뼈’와 두꺼운 허리 벨트, 허리 벨트와 무릎 아래를 연결하는 고무의 탄성으로 허리의 부담이 적은 자세를 유지할 수 있게 했다.

- 개호분야를 중심으로 4000대 이상 출하 
이노페이스는 공기압식 인공 근육을 사용한 패시브 타입의 어시스트 슈트의 제 5세대 제품인 '머슬 슈트 Edge'를 2018년 9월에 발매했다. 2019년 안에 제 6세대 제품을 발매할 예정이다. 지금까지 시리즈 누계로 약 4000대를 판매했다. 판매 대수의 약 60%를 개호 용도, 약 30%를 제조업이 차지하고 있다. 개호 분야에서 도입이 추진된 배경에는 각 자치단체의 '개호 로봇 도입의 지원 사업'에 의한 보조금을 들 수 있다. 평균적으로 매월 50~100대 팔리고 있으며 "최근 1~2년동안 판매 대수가 급속도로 늘어났다."(이노페이스 대표이사장 겸 CEO 후루카와 씨). 개호 시설뿐만 아니라 주택 개호에 관련된 이용자도 타깃이다. 후루카와 씨는 "누구나 각 가정에서 사용할 수 있게 10만엔 전후까지 가격을 낮추고 싶다"라고 말한다.

- 심플한 본체 설계로 가벼움을 추구
- 해외 제품을 일본용으로 개량해 상완(上腕) 지원 
- 심플한 본체 설계로 가벼움을 추구 
- 어떤 장소에서나 ‘선 채로 앉을 수 있다’ 


◆ Part 2. 사례 편
제품 수와 이용 사례가 급증, 요통 산재의 제로를 달성한 사례도 있어


최근 1년간 국내외를 막론하고 어시스트 슈트가 잇따라 제품화되면서 도입 사례도 늘어나게 되었다. 시험적인 도입 후, 그 효과를 실감한 기업이 대수를 크게 늘린 사례도 많다. 그 기세로 인해 어시스트 슈트의 최적의 사용방식을 종업원에게 전수하는 지도자 역할의 부족이 일부에서 발생되고 있을 정도이다. 같은 업종이라도 도입 이유가 달라 제품 선택이 나눠지는 사례도 나왔다.

작업 지원용 어시스트 슈트는 국내외 복수의 제조사로부터 제품화가 이어져 그 유저 기업도 급증하고 있다. 카탈로그 상의 제품 선택의 포인트는 가격, 무게, 연속 가동시간, 동력원의 유무 및 가동 방식, 작업 지원의 파워 크기(최대 보조 능력) 등이다. 다만, 카탈로그에서는 알 수 없는 장착 시의 편리성, 장착감, 조작성 및 응답성의 높이 등도 중요한 포인트이다.

- 항공계 2사의 선택은 달랐다 
항공계 대기업인 전일본공수(ANA)와 JAL 그랜드서비스(JAL)는 모두 공항에서의 수화물 운송 및 적재 작업에 도입했다. JAL에 따르면, 도교국제공항(하네다)에서는 하루 약 3만~4만개의 화물이 대상이 된다고 한다. 도입 목적과 작업 내용도 거의 동일하나, 그 제품 선택과 이유로 나눠진다. ANA는 사이버다인 제품 'HAL 허리 타입 작업 지원용(이하 HAL)', JAL은 ATOUN제품인 'MODEL Y'를 채택했다.

도입이 빨랐던 것은 ANA이다. 2016년 11월에 HAL을 25대 도입. 2018년에는 55대를 추가해 80대를 갖췄다. 현재는 나리타(成田) 국제공항, 주부(中部) 국제공항, 오사카 국제공항(이타미 공항), 사가(佐賀) 공항, 나하(那覇) 공항에서 이용 중으로, 향후 신치토세(新千歳) 공항 및 이시가키(石垣) 공항에도 배치될 예정이다.

주요 목적은 벨트컨베이어에서 흘러나오는 슈트케이스 등의 화물을 승객이 탑승하는 각 비행기마다 다른 컨테이너로 분리해 싣는 작업의 부담을 경감시키는 것이다.

맡긴 짐의 무게는 최대 30kg 정도로 컨테이너에 촘촘히 실어 올리는 작업은 팔이나 허리에 상당한 부담이 된다. 또한 ‘화물의 크기 및 형태, 재질, 벨트컨베이어에서 돌아가는 타이밍 등이 모두 제 각각이기 때문에 로봇에 의한 적재 작업의 자동화는 어렵다”(ANA 품질기획부 담당부장의 야마구치 씨)는 상황이다.

- ANA는 소형 경량과 자연스러운 조작감을 중시 
ANA가 HAL을 선택한 이유는 3가지이다. 비교적 소형이며 가볍고 조작감이 매끄럽다는 점이다.

HAL은 허리 주변에만 장착할 수 있는 콤팩트 타입이다. MODEL Y처럼 등을 감싸거나 크게 몸 밖으로 튀어 나오지 않기 때문에 다루기가 쉽다. 무게도 3.0kg으로 MODEL Y의 4.5kg에 비해 1.5kg이 가볍다. 또한 HAL은 신경전달 신호의 전위를 감지해 동작하기 때문에 허리를 굽히려고 할 때 거의 지연 없이 동작할 수 있어 자연스러운 조작감을 느낄 수 있다.

- JAL은 움직임의 편리성과 발전성을 선택 
한편, JAL은 2019년 2월에 MODEL Y를 20대 도입했다. 현재는 하네다(羽田) 공항과 나리타 국제공항에서 이용하고 있으며 앞으로는 배치하는 공항을 늘려 신치토세 공항 및 후쿠오타(福岡)공항, 이시가키 공항에서도 이용할 예정이다.

JAL이 MODEL Y를 선택한 이유는 4가지가 있다. (1) 장착한 상태에서 걷기 쉬운 점, (2) 탈∙부착이 쉬운 점, (3) 장착감이 좋은 점, (4) 앞으로의 발전성이다. (1)은 어시스트 슈트의 전원을 넣은 채로 보행하게 되면 어시스트 능력이 자동적으로 꺼지는 기능이 시범용 때에 이용자로부터 높은 평가를 받았다. (2)는 벨트를 풀면 쉽게 탈∙부착이 가능해 HAL처럼 허리 부분의 전극을 빼야 하는 번거로움이 없어 휴식이나 교대 등의 수고를 덜 수 있는 것을 말한다. (3)은 본체와 등 사이에 틈이 생기게 설계되었으므로 몸의 움직임을 방해하지 않고 어시스트 슈트 밑에 ‘공조복(空調服)’ 등을 입는 것도 가능해진다. (4)에 대해서는 앞으로 개발 예정인 팔을 들어 올리는 힘을 보조하는 제품을 도입하게 되면 허리뿐만 아니라, 팔의 부담을 경감시킬 수 있기 때문이다.

- 요통 산재가 제로로 
- 자사의 어시스트 슈트 제품을 자사 공장에서 이용 
- 3제품으로 출력 별 수요에 대응한다 


● 파워슈트의 미래, ‘건담’은 실현될 수 있을까?
현재 어시스트 슈트의 주류가 되어 있는 것은 엑소스켈톤(외골격) 타입이 발전하는 방향성의 하나로 인간이 낼 수 없는 초 파워를 행사하는 ‘파워 슈트’가 있다. 파워 슈트를 장착하면 재해 복구 현장에서 거대한 잔해를 제거하거나, 보통 때일 경우에는 크레인이나 복수 인원으로 이동시키는 것처럼 무겁고 큰 건설 부재를 옮기거나 사람의 힘으로는 도저히 들어 올릴 수 없는 중량물을 취급하게 되었다. 어시스트 슈트가 사람의 힘과 기계의 힘이 함께 움직여 작업을 쉽게 할 수 있게 하는 것에 반해, 파워 슈트는 사람이 기계의 힘을 조작해 ‘초인’이 되는 것을 말한다.

- 조종 기분은 마치 ‘건담’ 
- 파워 페달로 자세 제어를 로봇에게 일임 
- ‘사람의 능력을 수천 배로 끌어올리고 싶다’ 
- ‘파워 슈트의 제품화는 자금에 달려있다 
- ‘엔터테인먼트로 ‘거대 로봇이 되는’ 체험을 제공 


◆ Part 3. 기술 편
생체 데이터 활용이 비약의 열쇠, 사이보그화의 혁신 잇따라


어시스트 슈트를 좀더 쉽게 이용할 수 있도록 개선해 나갈 때 인간의 사이보그화로 이어질 수 있다. 그 중에서도 열쇠가 되는 기술이 '인간의 데이터화'이다. 센서로 취득한 생체 정보 및 움직임의 데이터를 사용함으로써 전력에 의존하지 않고도 인간을 ‘초인’으로 만들 수 있는 연구도 등장했다. 현재의 어시스트 슈트와 사이보그화를 뒷받침하는 기술과 과제를 소개하겠다.

어시스트 슈트는 기술적으로 개발도상 단계이다. 새로운 개발로의 열쇠가 되는 기술은 3가지 있다. (1) 파워를 만들어 내는 엑추에이터(Actuator), (2) 제어 방법 또는 사람과의 인터페이스, (3) 데이터 활용이며 최근 이것들에는 혁신이 잇따르고 있다.

- 구동부는 모터와 인공근육의 2가지 선택 
현재, (1)의 엑추에이터로서 많이 사용되고 있는 것은 모터나 인공근육 중 하나이다. 모터의 경우, 소형화와 토오크(회전력)의 증강이 상충관계(트레이드 오프)에 있으며 배터리 등 전원의 소형 경량화도 필요해진다. 제어의 정밀도 및 응답성이 아직 낮기 때문에 부드러운 동작에는 아직 과제가 있으며 기술 혁신이 필요하다.

현재, 인공근육에는 2가지 타입이 있다. 공급한 공기로 소재를 신축시키는 공기압 타입(패시브형)과 전기로 신축을 제어하는 타입(액티브형)이다. 현재 사용되고 있는 인공근육의 대부분은 패시브 타입으로, 맥키번(McKibben) 타입이라고 부르는 형태이다.

한편, 전기 제어가 가능한 액티브 타입의 인공근육은 아직 개발도상 단계이다. 미국 콜롬비아 대학의 연구자는 수 볼트의 저 전압으로 생체 근육의 15배의 힘을 발휘할 수 있는 인공근육을 개발했다. 소재에 전기를 통하게 해 열팽창 등으로 신축시킨다. 멕키번 타입 인공근육 내부의 고무 튜브를 이 인공근육으로 교체한다면 동작을 전기 제어할 수 있게 된다. 그러나 파워는 충분히 높지만, 응답성이 낮다. 현재는 느리게 신축시킬 수 밖에 없다.

- 하이브리드형 인공근육으로 ‘의복처럼’ 
모터 및 인공근육을 단독으로 사용하는 것이 아니라, 모터와 신축 소재를 조합시킨 하이브리드형 인공근육을 채택한 제품도 있다. 미국 Seismic(사이즈믹)이 개발한 마치 의복과도 같은 액티브 타입 어시스트 슈트인 '파워드 클로징'이다. 신축 소재를 모터로 잡아당겨 신체의 근육처럼 각 부위가 별도로 가동해 몸에 힘을 전달해주는 구조를 이용한다.

파워드 클로징은 그것을 착용하는 것 만으로 외출할 수 있는 의복으로서 디자인되어 있으며 하이킹과 같이 레저 스포츠, 장시간 서서 일하는 업무 등에서의 부담 경감도 상정한다. 일상 속에서 착용자의 생활에 다가서는 형태로 서포트 하는 것을 목표로 한다. 어시스트 슈트 시장이 아니라, 일반 의류 시장을 내다보고 다양한 컬러와 장식 등에도 신경을 써 나갈 예정이다.

- 관성 센서 3대로 데이터를 취득 
사이즈믹이 가장 중요시하고 있는 데이터는 착용자가 어떻게 움직이고 있는지에 대한 정보이다. 관성 설계 센서를 3대 탑재해 착용자의 자세로부터 어떤 타이밍으로 어시스트 해야 하는 지를 식별한다. 예를 들어 착용자가 의자에서 일어나면 자동적으로 어시스트 기능이 ON이 된다.

착용자가 늘어나면 수집된 데이터를 기반으로 기계 학습을 통해 동작의 최적 타이밍 및 착용자의 습관과 경향을 학습해 착용자에게 맞는 어시스트 패턴을 작성할 수 있다.

그 밖에 몸의 계측 데이터 및 어시시트의 동작 상황 변화 등의 데이터로부터 매일 활동을 기록해 착용자에게 제공하는 것도 가능하다. 운동 빈도 및 운동 내용과 건강 상태와의 관련성을 조사하는 데이터로서 활용할 수 있다.

<해동일본기술정보센터는 김정식 대덕전자 회장의 기부금으로 설립된 비영리 일본 기술정보센터입니다. 후학들이 선진 일본기술을 습득해 기술강국을 만드는데 기여했으면 하는 바람으로 2010년 3월 서울대학교 관악캠퍼스 공과대학 내에 개소했습니다. 다양한 일본 기술 서적과 일본 정부·산업계 백서, 기술보고서 등을 보유, 온·오프라인으로 정보를 제공하고 있습니다. 매주 발행되는 주간브리핑 신청은 hjtic@snu.ac.kr 로 가능합니다.>
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