소프트 로봇 장갑, 뇌졸중 환자의 피아노 연주 재활훈련 돕는다

 

▲ 뇌졸중 환자의 피아노 연주 재활 훈련을 돕는 소프트 로봇 장갑(사진=FAU)

 

美플로리다애틀랜틱대(Florida Atlantic University·FAU) 연구팀이 뇌졸중 등 뇌신경 외상으로 피아노를 연주하는 데 어려움을 겪고 있는 환자들의 재활을 돕는 소프트 로봇 장갑을 개발했다고 밝혔다.

 

연구팀에 따르면 뇌졸중을 앓고 있는 사람들은 한쪽 또는 양쪽 손의 조정 능력과 힘의 감소로 일상적인 동작을 수행하는 데 상당한 어려움을 겪고 있다. 이같은 문제를 해결하기위해 다양한 로봇 장치들이 개발되고 있지만, 이러한 보조 장치들은 경직성을 갖고 있어 악기 연주 등 복잡한 작업을 수행하는 데 무리가 따른다.

 

플로리다애틀랜틱대 연구팀은 유연한 촉각센서, 소프트 액추에이터, 그리고 인공지능을 결합해 피아노 연주자들의 손재주를 향상시킬 수 있는 소프트 로봇 장갑을 개발했다. 3D 프린팅으로 제작한 폴리비닐산 스텐트(polyvinyl acid stents)와 하이드로겔 캐스팅(hydrogel casting)을 사용해 5개의 액추에이터를 사용자의 손에 적합한 웨어러블 장치에 통합해 소프트 로봇 장갑을 만들었다.

 

연구팀은 특별한 다수의 센서를 로봇 장갑의 손가락 끝 부분에 통합했다. 이전의 외골격과 달리, 이 새로운 기술은 피아노 연주에 필요한 미세한 손가락 움직임을 회복하는 데 정확한 힘과 지침을 제공한다. 소프트 로봇 장갑은 사용자의 손가락 움직임을 모니터링하고, 실시간으로 피드백 및 조정 능력을 제공함으로써 사용자가 올바른 동작 기술을 더 쉽게 파악할 수 있도록 해준다.

 

연구팀은 로봇 장갑의 능력을 보여주기 위해 피아노 연주로 잘 알려진 음악(노래)의 정확한 버전과 부정확한 버전 사이의 차이를 느끼도록 프로그래밍했다. 또한 음악의 첫부분이나 끝부분에서 빈번하게 나타나는 연주의 오류 유형 12가지를 만들었다.

 

연구팀은 피아노 음악의 여러 변형을 분류하기위해 랜덤 포레스트(RF), KNN(K-Nearest Neighbor), 인공신경망(ANN) 알고리즘을 손가락 끝에 있는 촉각 센서의 데이터를 활용해 훈련시켰다. 로봇 장갑을 착용한 사람이 올바른 노래 버전과 잘못된 노래 버전 사이의 차이를 느끼도록 독립적으로 테스트를 실행했다.

 

이번 연구를 주도한 에릭 엥게버그(Erik Engeberg) 교수는 “피아노를 연주하는 것은 복잡하고 고도로 숙련된 움직임을 필요로 하며, 다시 배우는 작업은 특정한 움직임이나 기술의 복원과 재훈련을 포함한다. 우리의 로봇 장갑은 부드럽고 유연한 재료와 센서로 구성되어 있어 개인이 운동 능력을 다시 배우고 회복할 수 있도록 도움을 준다"고 말했다.

 

이번 연구는 전문 저널인 ’Frontiers in Robotics and AI‘에 발표됐다. 연구팀은 이번 연구가 뇌졸중 등의 원인으로 악기 연주와 같은 능숙한 작업을 다시 배울 수 있도록 돕는 스마트 로봇 장갑의 잠재력을 증명한다고 밝혔다.

 

 

 

장길수 ksjang@irobotnews.com

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