무거운 짐을 드는 작업 등을 할 때 허리의 부담을 덜어주기 위해 착용하는 외골격로봇(exoskeletons)이 뇌에 근육조절 등의 부담을 높이면서 오히려 근육 부상을 초래할 가능성이 있다는 연구 결과가 나왔다.

25일 미국 오하이오주립대 척추연구소 윌리엄 마라스 교수팀은 국제학술지 '응용 인체공학'(Applied Ergonomics)에서 외골격로봇 사용이 뇌 기능의 일부를 점유해 외골격로봇이 주는 이점이 감쇄되고 오히려 부상을 초래할 위험이 있는 것으로 나타났다고 밝혔다.

▲ 지난 2018년 제34회 국제의료기기·병원설비 전시회에서 한 관람객이 엑소아틀레트의 웨어러블 로봇 기술을 이용한 외골격 보행보조 로봇을 시연해보고 있다.

연구팀은 일할 때 외골격로봇을 착용한 사람은 그 동작에 대해 생각을 해야 하는데 이로 인해 뇌는 추가로 일을 하게 되고 몸은 외골격로봇과 조화롭게 일하기보다는 경쟁하게 된다며 이는 외골격로봇이 이점을 상쇄할 만큼 큰 부담을 뇌에 줄 수 있음을 시사한다고 설명했다.

외골격로봇은 아이언맨 슈트처럼 겉에 입는 형태의 로봇으로, 공장이나 창고 등에서 무거운 장비나 부품을 다루는 노동자가 큰 힘을 발휘할 수 있게 해주며, 신체장애인의 활동을 돕는 장비로도 개발되고 있다.

연구팀은 남녀 각각 6명을 대상으로 한번은 허리와 다리에 근육을 보호하고 부상을 줄여주는 외골격로봇을 착용한 채, 또 한번은 맨몸으로 무거운 운동용 볼을 반복해서 들어 올리게 하는 실험을 하면서 기능성 근적외선분광기(fNIRS)로 뇌 활동을 관찰하고 허리 근육에 가해지는 힘을 측정했다.

또 한 차례의 실험에서는 외골격로봇 착용 상태에서 무작위로 500~1천 숫자를 주고 13을 빼는 계산을 하면서 볼을 들어 올리는 운동을 하게 하면서 뇌 활동과 허리 근육의 부담을 관찰했다.

그 결과 외골격로봇을 착용한 채 볼을 들어 올렸다 내리는 운동을 할 때 허리에 가해지는 힘이 약간 줄어드는 것으로 나타났으나, 머릿속으로 뺄셈을 하면서 같은 동작을 할 때는 허리 근육에 가해지는 힘을 줄여주는 효과가 사라지는 것으로 나타났다.

마라스 교수는 외골격로봇 착용자가 머릿속으로 계산을 하면서 일을 해야 할 경우는 없겠지만 심리적 스트레스는 업무 중 지시 같은 정신적 부담을 계산하는 것과 똑같은 영향을 뇌에 미칠 수 있다고 말했다.

그는 뇌에서 어떤 일이 일어나는지 살펴보면, 뇌는 뺄셈을 하는 동시에 외골격로봇이 신체와 상호작용하도록 해야 하기 때문에 뇌 자원 활용에 경쟁이 생긴다며 이 때문에 근육을 사용하게 하는 뇌 기능에 혼란이 발생하는 것으로 보인다고 말했다.

그는 또 몸 근육이 외골격로봇의 움직임에 적응하고 조화를 이루도록 하는 과정에서 뇌 활동에 변화가 생기면서 허리에 더 큰 부담이 가해질 수 있다며 이는 통증과 부상의 원인이 될 수 있다고 지적했다.

마라스 교수는 "기업에서 외골격로봇에 수십만 달러를 쓰는 경우, 그것이 직원들에게 전혀 좋은 게 아닐 가능성도 있다"며 "외골격로봇을 사용할 때는 작업에 수반되는 사항을 이해하면서 사용하도록 해야 한다"고 말했다.

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