외골격 수리

외골격은 기계적 상호 작용을 통해 인간의 움직임을 강화하거나 보조하는 착용 기기입니다. 이는 의료(재활 및 보조), 산업(부상 감소 및 성능 향상), 여가(활동 지원) 등 다양한 목적으로 활용됩니다. 외골격은 신체 부위나 작업, 구조(강성 또는 연성) 및 기타 특성에 따라 분류할 수 있습니다.

니콜라스 야긴이 발명한 초창기 외골격.

현대적 기준으로 외골격이라 할 수 있는 초창기 착용 기기는 "외골격"이라는 용어가 생기기 전인 1800년대 중반에서 1900년대에 걸쳐 개발되었습니다. 이러한 초기 외골격 기기들 중 다수는 브레이스, 서포터, 만보기, 또는 장치라고 불렸습니다. 이 기기들은 자세, 이동성 및 기타 신체 작업을 개선하도록 설계되었으나, 대부분은 프로토타입이나 개념으로만 존재했을 뿐 상용화되거나 널리 채택되지는 않았습니다.

가장 초기의 착용형 외골격 중 하나는 1889년 7월 러시아의 엔지니어 니콜라스 야긴이 설계한 수동식 강성 장치였습니다. 그 목적은 달리기, 걷기, 점프 능력을 향상하는 것이었습니다. 20세기 초에 개발된 또 다른 외골격으로는 미국 발명가 레슬리 켈리가 만든 증기 동력 연성 엑소슈트가 있습니다. 이 외골격은 착용자의 근육과 평행하게 이어지는 인공 인대에 기계적 동력을 전달하여 착용자의 달리기 능력을 향상하는 것을 목표로 했습니다.

외골격 기술의 개발은 20세기 중반까지 계속되었으며, 증강 및 재활을 위한 착용형 보조 기술 개발에 새로운 가능성과 과제를 제시했습니다. 이 시기 외골격 기술의 가장 두드러진 성공 사례 중 하나는 착용형 카메라 안정 장치의 등장이었습니다. 하지만 당시에는 외골격 마케팅이 거의 없었기 때문에 이 기술은 독자적인 범주로 발전했으며, 1970년대에 널리 보급되면서 성공을 거두었습니다.

Hardiman I 프로토타입을 착용한 조작자를 보여주는 도표.

이 시기에는 외골격 기술의 군사적 활용도 고려되었습니다. 1951년 미 육군 탄도연구소(BRL)는 병사를 지원하기 위한 동력형 외골격 연구를 시작했습니다. 1963년까지 BRL의 연구원 S. 자루드니는 외골격 프로토타입 제안서를 작성했습니다. 그러나 개발과 관련된 엔지니어링 문제로 인해 실제 프로토타입이 제작되었는지는 확실하지 않습니다.

1960년대에 미군과 제너럴 일렉트릭은 Hardiman I이라는 또 다른 외골격 프로젝트를 공동 개발했습니다. 이 외골격은 착용자의 근력을 25배 증폭하는 하이드로메카니컬 양방향 서보 시스템으로 구동되었습니다. 즉, 240파운드(110kg) 무게의 물체를 드는 것이 10파운드(4.5kg) 정도로 느껴졌으며, 최대 750파운드(340kg)의 물체를 들 수 있었습니다. Hardiman I에는 사용자가 조작 중인 물체와 힘을 느낄 수 있도록 하는 힘 피드백 기능도 포함되었습니다. 그러나 Hardiman I에는 프로젝트가 전반적인 실패로 평가받게 된 여러 설계 제한 사항이 있었습니다. 완전한 외골격을 사용하려는 모든 시도는 격렬하고 통제 불능인 움직임을 초래하여, 연구원들은 인간 조작자가 탑승한 상태에서 기계를 켜기를 주저했습니다. 작동상의 복잡성 외에도 Hardiman I은 무게가 1,500파운드(680kg)에 달했고, 힘 피드백 기능이 의도대로 작동하지 않아 상호 작용하는 모든 물체를 파괴하는 결과를 낳았습니다.

Pitman 외골격의 설계 특징을 보여주는 도표.

외골격 기술은 1980년대와 1990년대까지 계속 발전하며 테스트 베드 및 탐색적 프로토타입 역할을 했습니다. 주목할 만한 개념 외골격 중 하나는 로스앨러모스 국립연구소에서 개발한 Pitman이었습니다. Pitman은 저강도 분쟁 및 대테러 작전을 수행하는 군 보병을 위해 주로 의도된 500파운드 무게의 동력형 "갑옷"이었습니다. 이 기기는 유리섬유 폴리머/세라믹 복합 장갑과 헬멧 내부의 뇌 스캔 센서를 사용하여 슈트를 제어했습니다. 그러나 Pitman은 당시의 복잡성과 비실용성으로 인해 초기 개념 단계를 넘어서지 못했습니다.

재활 분야에서 외골격 기술은 상당한 진전을 보였습니다. 그 대표적인 예가 마비된 개인이 이동성을 회복하고 걷는 법을 배우기 위한 치료 운동을 수행하도록 돕기 위해 설계된 로봇 재활 장치인 Lifesuit 외골격입니다. 초기 Lifesuit는 케이블로 연결되어 있었으나, 이후 설계된 모델은 휴대성이 향상되었으며, Lifesuit의 발명가 몬티 리드는 이를 사용하여 대중 마라톤 경기에 참여하기도 했습니다.

2000년부터 외골격 분야의 초점은 설계, 구현 및 채택의 상당한 발전으로 인해 변화하고 확장되었습니다. 개인의 성능을 극적으로 향상하는 로봇식 전신 증강 외골격에 대한 강조는 줄어들고, 특정 용도를 위한 더 작고 간단한 설계가 선호되고 있습니다. 현대의 외골격은 착용 도구로서 뇌졸중 환자의 발목 지지대나 조립 라인 작업자의 어깨 지지대와 같이 제한적인 작업에서 이점을 제공합니다.

21세기 초에는 여가, 연구, 교육용으로 새로운 외골격 범주가 등장했습니다. 여기에는 사용자의 걷기, 달리기, 하이킹, 심지어 스키를 돕기 위한 외골격 제품들이 포함됩니다.

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