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인류를 위한 로봇기술, 외골격 로봇 시장 동향 한국로봇산업진흥원 산업동향 보고서 임진우 기자입력 2019-02-27 19:27:46

외골격 로봇은 환자의 재활, 고령 인구의 생활 보조, 작업자의 근골격계 질환 예방 및 군인 전투력 향상 등 인류의 다양한 가치를 실현하는 로봇기술이다. 한국로봇산업진흥원은 최근 ‘외골격 로봇 시장 동향’ 보고서를 발표하고 국내외 외골격 로봇에 대한 동향을 전했다.

 

코마우의 외골격로봇 메이트(사진. 코마우)

 

1. 외골격 로봇이란

 

1) 용어의 정의
외골격 로봇(Exoskeleton Robot)은 웨어러블 로봇(Wearable Robot), 신체보조 로봇(Physical Assistant Robot), 로봇슈트(Robot Suit) 등의 용어와 함께 사용되고 있다. 
외골격 로봇과 관련된 표준 용어를 살펴보면 국제표준화기구 ISO와 미국 단체 표준화 기구 ASTM이 정의한 것들이 있다. ISO TC299 WG2는 ISO 13482 표준에서 신체보조 로봇을 정의했다. ISO 13482 표준은 서비스 로봇 중 개인 지원 로봇에 관한 것으로서 산업용, 군사용, 의료용 등의 범위는 포함되지 않는다. 따라서 해당 용어가 모든 외골격 로봇을 포함할 수는 없다.


ASTM은 2017년 외골격 로봇과 관련된 신규 기술위원회 F48을 설립했다. F48은 ASTM F3323-18 용어 표준을 제정했고, 엑소스켈레톤과 엑소슈트를 정의했다. ASTM은 엑소스켈레톤은 웨어러블 디바이스의 일종으로 정의했고, 엑소슈트는 엑소스켈레톤의 일종으로 파악할 수 있다. 로봇이라는 용어를 사용하지 않고 하나의 디바이스 차원으로 접근한 것도 관심을 가져볼 만하다. 


IFR이 매년 발표하는 전 세계 로봇 시장보고서에서는 파워드 휴먼 엑소스켈레톤(Powered Human Exoskeleton)이란 용어를 사용하고 있으며, 웨어러블 로봇을 같은 용어로 간주하고 있다. 이 용어의 설명 중 Worn이란 용어를 사용한 것을 볼 때, IEC 60601-1 의료기기 표준에서 정의한 Body-worn을 참조한 것으로 보인다. 이 밖에 유사 용어로 미국 FDA 품목 분류인 파워드 엑소스켈레톤(Powered Exoskeleton)이란 용어도 있다. 

 

2) 외골격 로봇의 분류
외골격 로봇은 사용 목적에 따라 개인용, 의료용, 산업용, 군사용으로 분류할 수 있다. 먼저 개인용의 경우 환자가 아닌 건강한 일반인 또는 사회 활동 욕구가 높은 고령자를 대상으로 신체 기능을 보조하기 위해 만들어진 로봇이다. 이 경우, 신체적인 제약을 받는 사람의 삶의 질 개선 효과를 기대할 수 있다. 다만 신체 기능을 보조해주는 역할이지 치료의 목적은 아니다. 


의료용의 경우 전혀 걷지 못하는 척추 손상 환자를 대상으로 개발된 로봇이 있고, 재활치료가 필요한 환자를 대상으로 개발된 로봇도 있다. 전자의 경우 평소 휠체어를 타는 환자가 의료용 외골격 로봇과 목발을 활용해 걸을 수 있고, 후자는 재활병원 등에서 보행 훈련의 목적으로 사용하며 물리치료사 및 의지 보조기사 등이 지원한다.


산업용의 경우 자동차, 항공, 물류, 조선 등의 업계에서 활용할 목적으로 연구되고 있다. 일보늬 겨우 근로자가 허리 근력을 보조하는 외골격 로봇을 착용해 하네다 공항 버스 수화물 하역 작업에 활용한 바 있다. 미국 자동차 업계에서는 주로 리프트된 자동차 밑에서 작업하는 근로자에게 활용한 사례를 보여주고 있다. 외골격 로봇은 장시간 위로 올려다보며 작업하는 근로자의 근골격계 부담을 완화시킬 수 있다. 


군사용의 경우 상당한 무게의 군장을 지고 야전을 걸어야 하는 상황을 고려한 로봇이다. 이는 작전 수행 능력과 범위를 향상시킬 수 있다. 

 

2. 시장 동향 및 전망

 

1) 국내 시장 동향 및 전망
국내 외골격 로봇 시장은 시장 태동기에 가깝다. 의료용과 개인용으로 일부 활용되고 있는 것 외에는 연구단계에 있기 때문이다. 그래서 국내의 시장 규모 현황을 추산하는 것은 무리가 있다. 국내 시장 동향을 분석해볼 때 의료용을 시작으로 개인용, 산업용, 군사용 순으로 산업이 성장할 것으로 전망된다. 
먼저 의료용 외골격 로봇 시장은 지난해 8월 첫 의료기기 인증을 받은 제품이 시장에 나왔다. 식품의약품안전처(이하 식약처) 품목 분류 기준에 따라 2등급으로 인증 받은 엑소아틀레트아시아의 EAM이다. 이후 관련 기업들의 추가 인증이 예상된다.


의료용 외골격 로봇의 첫 인증 제품이 나오기까지 식약처 품목 분류 때문에 혼선이 있었다. 외골격 로봇과 관련된 품목은 두 가지가 있는데 하나는 전동식 정형용 운동장치(품목코드 A67020.02)로 2등급이며, 다른 하나는 로봇 보조 정형용 운동장치(품목코드 A67080.01)로 3등급이다. 제품은 로봇으로 홍보하고 있지만 뚜렷한 로봇기술을 담고 있지 않아 3등급으로 허가를 진행하기에는 모호한 상황이었다. 식약처는 해당 문제를 해결하고 상세한 안내를 위해 2017년 초부터 ‘재활 로봇 허가심사 가이드라인 민원인 안내서’를 개발, 배포했다. 식약처 가이드라인에 따르면 IEC TR 60601-4-1에서 참조한 자율도 단계에 따라 6단계 이상일 경우 로봇 보조 정형용 운동장치로, 6단계 미만은 전동식 정형용 운동장치로 구분한다. 따라서 6단계 미만은 2등급으로 인증을 받을 수 있다. 다만 재활 로봇이라 명명할 수 있는 기술 수준의 제품은 아닌 것으로도 볼 수 있다. 


앞서 언급했던 국제표준화기구 IEC가 발행한 기술문서 IEC TR 60601-4-1을 참고하면 자율도 6단계가 결코 낮은 수준이 아니다. 기술문서에서 자율도는 1단계(Full Manual)부터 10단계(Full Autonomy)로 나뉜다. 즉, 자율도 6단계는 평균 이상의 자율도 단계다. 실제 자율도 6단계 수준에 대한 설명을 참고하면 높은 수준임을 확인할 수 있다. 

 

6단계, 공동의사결정(Blended Decision)
의료기기는 재활, 평가, 보정 혹은 경감을 위해, 감시 결과를 기반으로 구동장착부를 제어하기 위한 필요 변수를 산출하고 특정 변수를 선택할 수 있다. 이때 조작자 혹은 환자는 의료기기에 의해 선택된 변수를 수정할 수 있으며, 의료기기는 선택하거나 조작자 혹은 환자에 의해 수정된 변수에 따라 구동장착부를 제어한다. 

 

엑소아틀레트아시아 EAM 외에 시장에 유통되고 있는 제품으로 외산 제품인 리워크(ReWalk)가 있다. 리워크는 해외에서 의료기기로 사용되고 있으나 국내에서는 의지·보조기로 분류된다. 우리나라는 장애인복지법 제65조에 따른 장애인 보조기구 중 의지·보조기에 해당하는 제품은 의료기기에서 제외한다. 따라서 의지·보조기로 지정을 받고 국내 시장 진입에 필수적인 KC 인증을 획득한 경우 시장 유통이 가능하다. 하지만 미국과 유럽에서는 리워크를 의료기기로 관리하고 있다. 

 

ReWalk Personal 6.0 System(사진. 리워크로보틱스)

 

다음으로 의료용 외골격 로봇을 연구하는 기업으로 삼성전자가 있다. 삼성전자의 의료용 로봇이 임상시험 단계에 진입했다는 추측성 언론보도가 있었고, 최근 삼성전자는 CES 2019에서 의료용 외골격 로봇을 최초로 공개했다. 식약처 자료 검색 결과, 삼성전자는 언론에 노출된 시점보다 훨씬 앞선 2015년부터 임상시험을 진행해왔다. 삼성전자는 삼성서울병원과 함께 2018년까지 총 9건의 임상시험을 진행했다. 공개된 임상시험 제목을 볼 때, 신경 근육질환 환자, 뇌졸중 환자, 정상인을 대상으로 하고 있으며, 엉덩이 부위와 발목 보조 두 가지 제품을 개발한 것으로 확인됐다. 


한편 해외에서 유명한 한국 의료용 외골격 로봇은 현대자동차그룹에서 개발하는 제품이다. 현대자동차그룹은 H-MEX를 CES 2017에서 소개했고, 최근 미국 시장 진출을 위해 FDA 인증을 준비한다고 밝혔다. 특히 현대자동차 그룹의 의료용 외골격 로봇은 국제표준화기구 IEC의 e-tech 기사로 소개됐고, IEC 산하 시스템 위원회 AAL(Active Assisted Living) 소개 자료의 표지를 장식하기도 했다. AAL에서 소개된 바와 같이 외골격 로봇은 우리의 삶의 질을 높이고 사회적 약자 지원 및 고령화 사회에 상당히 활용될 것으로 전망된다. 

 

현대자동차그룹은 CES 2017에서 웨어러블 로봇을 선보였다(사진. 현대자동차그룹).

 

국내 의료용 외골격 로봇의 시장 성장이 기대되는 요인으로 한국재활 로봇학회가 2018년 5월 창립됐다. 초대 학회장으로는 의료용, 산업용 외골격 로봇을 오래전부터 개발해온 한양대학교 로봇공학과 한창수 교수가 맡았다. 재활 로봇 선진 연구자가 총집합한 한국재활 로봇학회가 국내 의료용 외골격 로봇의 국내 기술 수준을 한층 높여줄 것으로 전망된다. 


산업용 외골격 로봇의 경우 국내 대기업이 연구를 진행하고 있다. LG전자와 현대자동차그룹은 자사 사업장에 적용이 가능할 뿐만 아니라 의료용 외골격 로봇 등으로도 기술을 확산시킬 수 있다. 이런 점을 활용해 LG전자는 이미 IFA 2018에서 산업용 외골격 로봇 시제품 클로이 수트봇을 선보였으며, 현대자동차그룹도 북미 공장에 시범 적용하고 있다고 밝혔다. 


군사용 외골격 로봇은 LIG넥스원이 개발하고 있다. LIG넥스원은 2010년부터 관련 연구를 시작했으며 2013년에 시제품을 선보였다. 회사는 2020년까지 성능이 향상된 외골격 로봇 개발을 완료하겠다고 밝혔다. 
군사용 외골격 로봇 분야는 개발이 성공하면 대대적으로 보급될 수 있다는 점에서 시장성이 기대되는 분야이다.

 

2) 해외 시장 동향 및 전망
IFR이 2018년 발표한 서비스 로봇 시장 보고서에 따르면 파워드 휴먼 엑소스켈레톤 분야의 세계 시장 규모는 2016년 3,730만 달러에서 2017년 4,650만 달러로 약 25% 성장했다. 또한 향후 2021년까지 1억 달러를 넘어설 것으로 전망했다. 


앞서 IFR이 파워드 휴먼 엑소스켈레톤으로 정의할 때 개인용, 의료용, 산업용, 군사용을 모두 포함하는 것으로 정의했다. 그러나 의료용 외골격 로봇의 경우 같은 보고서에서 재활 훈련 시스템(Rehabilitation System)으로도 언급해 시장 규모 자료의 신뢰성은 떨어진다. 또한 재활 훈련 시스템 통계는 상위 분류인 의료 로봇(Medical Robot)의 시장 규모로만 확인할 수 있어 세부적인 추적이 불가능해 중복 수준도 파악할 수 없다. 


IFR 보고서에서 집계한 바에 따르면 2016년 판매 대수는 약 5,500대, 2017년 판매 대수는 약 6,000대이다. 2016년 판매 대수와 매출 자료를 이용해 계산하면 대당 가격은 약 6,782달러이다. 외골격 로봇 중에서 모터가 하나도 없는 비전동식 엑소 슈트도 최소 6,000달러 이상이고, 의료용 외골격 로봇의 경우 100,000달러 내외의 가격으로 추정된다. 
또한 LPI가 발간한 외골격 로봇 시장 보고서는 2016년 기준 7,356만 달러, 2,261대로 발표했다. 해당 보고서를 IFR 보고서와 동일하게 계산했을 경우, 산출된 대당 평균 가격은 3만 2,534달러로 계산되며, 산업용 외골격 로봇과 의료용 외골격 로봇의 가격을 고려할 때 현실적인 수준으로 판단된다.
아울러 Markets&Markets이 2018년 발표한 의료로봇 시장 보고서에 따르면 의료용 외골격 로봇 세계 시장 규모는 2016년 5,230만 달러에서 2017년 6,190만 달러로 약 18% 성장한 것으로 조사됐다. 향후 2023년 전망치는 2억 800만 달러이며, 연평균 22.6%의 성장세를 보일 것으로 예측했다. 


이 밖에 Tractica가 2018년 발표한 로봇 시장 보고서에서는 군사용 외골격 로봇 시장 규모를 별도로 확인할 수 있다. 보고서에서는 군사용 외골격 로봇의 세계 시장 규모는 2018년 140만 달러로 아주 미미한 수준이나, 2023년까지 6억 3,370만 달러로 의료용 외골격 로봇 시장 규모보다 높을 것으로 전망했다. 

 

3. 시사점

 

외골격 로봇 시장은 초기 단계로 의료용, 개인용, 산업용, 군사용으로 활용 폭이 넓으며, 충분한 시장 성장 가능성을 품고 있다. 그러나 2023년 전망치가 2억 8백만 달러 수준으로, 큰 시장 규모로 보기는 힘들다.
그럼에도 외골격 로봇기술은 재활 치료와 삶의 질 향상, 근로자의 안전 등을 생각해볼 때 반드시 개발되어야 하며 뒤따르는 투자도 중요하다. 


국내의 경우 삼성전자, 현대자동차그룹, LG전자, LIG넥스원 등 대기업이 적극적으로 연구개발에 힘쓰고 있는 상황이다. 상용화를 추진한 기업은 아직 없지만, 이미 많은 임상 시험을 거친 삼성전자의 의료용 외골격 로봇이 선두로 시장에 진입할 것으로 전망된다. 
미국의 경우 시장을 어느 정도 잡아가고 있다. 이미 외골격 로봇 협회가 만들어졌고, 외골격 로봇 전문 인터넷 신문 사이트 Exoskeleton Report도 있다. 또한 미국 단체 표준화 기구 ASTM이 신규 기술위원회 F48을 설립하고 적극적으로 표준 기술을 확보해나가고 있다. 


외골격 로봇 시장 성장을 위해서는 인간공학적 설계 기술과 사용적합성평가 기술이 확보되어야 한다. 개인용 외골격 로봇을 제외하고는 불특정 다수가 착용하는 외골격 로봇을 인간공학적으로 설계해 사용자 편의성과 안정성을 확보해야 한다. 미국은 이미 군, 병원, 기업, 연구소, 대학에서 인체공학적 설계를 위한 다수의 연구와 투자를 진행하고 있다. 해당 기술은 제품의 가격을 낮추는 역할을 하고 시장을 성장시킬 수 있는 기술로 볼 수 있다.


외골격 로봇의 안정성 확보를 위한 연구도 뒷받침돼야 한다. 외골격 로봇은 인체와 접촉된 환경에서 사용된다. 전기적 안전성과 전자파 적합성을 고려하는 수준인 웨어러블 디바이스와는 다르게 구동부가 있는 제품이므로 기계적 안전성을 충분히 고려해야 한다. 미국 FDA의 사후 관리 내역을 살펴보면, FDA는 2018년 리워크에 대한 리콜을 명령했다. 이 밖에 20개의 제품 문제가 접수되기도 했다. 이처럼 안전성 문제는 지속적으로 연구해야 하고, 위험성 저감을 위한 기술 개발이 요구된다. 또한 국제 표준화가 빠르게 진행되고 있는 상황을 염두에 두고, 국내 산·학·연이 힘을 합쳐 관련 표준 기술을 개발해 적극적인 대응 활동이 필요한 시기다.    

임진우 기자
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