인공지능(AI)을 활용한 고령자 보행보조로봇이 개발됐다. 속도를 자동으로 조절하고, 경사로에서 안정적인 자세를 유지할 수 있는 것이 특징이다.
광주과학기술원(GIST) AI융합학과 김경중 교수와 김승준 교수 연구팀은 AI 기술을 적용한 보행보조로봇 '적응형 워커(Adaptive Walker)'를 개발했다고 11일 밝혔다.
기존의 보행보조 기술은 인지 기능이 저하된 고령자가 조작하기 어렵고 다양한 실내외 환경에 즉각 대응하기 어려운 한계가 있었다. 특히 경사로에서 균형을 유지하거나 보행속도 조절은 실사용에서 큰 장애물로 작용해 왔다.
이에 연구팀은 사용자의 인지 부담을 최소화하고, 환경에 능동적으로 대응할 수 있는 AI 기반의 보행보조로봇을 개발했다. 이 로봇은 △사용자 의도에 따라 속도를 자동 조절하는 기능과 △경사로에서도 안정적인 자세를 유지하도록 돕는 두 가지 핵심기능을 탑재했다.
워커의 팔받침 부분에는 GIST와 매사추세츠공과대학(MIT)의 공동연구로 개발된 고해상도 촉각 센서가 부착돼 있다. 이 센서를 통해 속도 제어가 가능해졌다. 이 센서는 사용자의 팔 움직임을 정밀하게 감지하며, 수집된 데이터를 인공신경망 기반의 AI 모델이 분석해 사용자가 의도한 가속도를 예측한다.
예측된 정보는 로봇의 모터 제어에 반영돼 별도의 버튼 조작없이 사용자의 자연스러운 움직임만으로도 속도조절이 가능하다. 실험 결과, 사용자의 보행속도를 20% 이내의 오차로 정확히 추종해 직관적인 속도 제어의 유효성이 입증됐다.
관성 센서를 활용한 자세 조절도 가능하다. 로봇에는 지면의 기울기를 실시간 감지하는 관성측정센서(IMU)가 탑재돼 있다. 경사로에 진입했을 때 로봇이 이를 감지하고 앞 또는 뒤쪽 다리 길이를 자동조절함으로써 사용자의 균형을 효과적으로 유지시킨다.
실제 실험에서도 로봇이 1도 이내의 오차로 수평을 유지하며 경사로에서도 안정적인 자세를 확보할 수 있음이 확인됐다.
관성 측정 센서(IMU, Inertial Measurement Unit)는 가속도계와 자이로스코프를 결합한 장치로, 물체의 이동, 회전, 기울기 등 자세 변화를 실시간으로 측정하는 센서이다. IMU는 GPS가 작동하지 않는 실내 환경에서도 움직임과 방향을 정확히 파악할 수 있어 스마트폰, 드론, 자율주행차, 로봇 등 다양한 분야에 활용된다.
김경중 교수는 "이번 연구는 보행이 불편한 고령자에게 실질적인 도움을 줄 수 있는 기술적 해법을 제시한 것"이라며 "앞으로도 더 많은 기능을 갖춘 차세대 보행 보조 장치를 개발해 고령자의 이동 편의성을 극대화해 나갈 계획"이라고 말했다.
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