한국전자통신연구원(ETRI)이 실제 사용자가 웨어러블 로봇을 착용하지 않아도 성능과 사용성을 사전에 검증할 수 있는 디지털 트윈 기반 평가 소프트웨어(SW)를 개발하며, 웨어러블 로봇의 개발 기간 단축 및 비용의 획기적 절감이 기대된다.

ETRI 인공지능창의연구소 AI로봇연구본부 AI로봇UX연구실은 최근 ‘디지털 휴먼-디바이스 트윈 기반 웨어러블 로봇 통합평가 기술’을 개발했다고 23일 밝혔다.

ETRI가 공개한 기술은 신경·근골격 특성을 반영한 디지털 휴먼과 실제 기기를 정밀하게 모사한 디바이스 트윈을 가상 환경에서 연동해 로봇의 성능을 검증하는 방식이다.

기존에는 시제품 제작 후 실제 사용자가 반복적으로 착용하며 실험을 수행해야 했기 때문에 시간과 비용 부담이 컸다.

문제 발생 시 재설계와 추가 실험이 불가피해 개발 기간이 길어지는 것도 한계로 지적돼 왔다.

연구진은 부산대학교병원 글로컬임상실증센터와 공동으로 기술의 유효성을 검증했다.

실제 환자들이 웨어러블 로봇을 착용한 상태에서 근력 증강, 재활치료, 기초기능검사 등을 수행한 임상 결과와 디지털 트윈 기반 시뮬레이션 결과를 비교한 결과, 상관계수 0.6 이상의 높은 일치도를 확보했다.

이는 디지털 트윈 기반 평가가 실제 임상시험과 유사한 수준의 신뢰성을 갖춘다는 의미다.

이번 기술의 핵심은 네 가지로 요약된다.

우선, 신경·근골격 디지털 휴먼 트윈 생성 기술이다. 사용자의 신체·인지 특성을 정량적으로 모델링해 다양한 임상 대상군을 반영한 맞춤형 가상 사용자를 구현할 수 있다.

두 번째로 물리 기반 디바이스 트윈 생성 기술로, 웨어러블 디바이스의 동역학·정역학 구조, 제어 알고리즘, 센서 특성을 반영한 디지털 트윈을 생성하는 올인원 프레임워크를 구축했다.

세 번째로 디지털 휴먼-디바이스 연동 시뮬레이션 기술이다. 가상 환경에서 착용성·사용성·상호작용성을 정량적으로 평가할 수 있어 임상시험 횟수와 비용을 크게 줄일 수 있다.

마지막으로 성능·사용성 통합평가 시스템이다. 시뮬레이션 결과를 수치화해 설계 단계에서 즉시 반영할 수 있으며, 기존에 정성적으로 평가되던 사용자 경험(UX)을 객관적 지표로 검증할 수 있도록 했다.

ETRI AI로봇UX연구실 김우진 기술총괄은 “기존에는 웨어러블 로봇 성능 검증을 위해 실제 사용자의 착용 실험이 필수적이었다”며 “디지털 트윈 기반 기술을 활용하면 다양한 사용자 특성을 가상으로 조합해 최소한의 임상시험만으로 최적의 설계와 제어 알고리즘을 도출할 수 있다”고 설명했다.

윤대섭 AI로봇UX연구실장은 “이번 원천 기술을 재활 로봇, 보행 보조기기, 산업용 웨어러블 로봇 등 사용자 경험이 중요한 로봇 UX 분야로 확대 적용할 계획”이라고 밝혔다.

부산대학교병원 박종환 교수 역시 “해당 기술은 향후 다양한 로봇 개발에 필수적인 소프트웨어로 자리 잡을 것”이라며 연구 활성화를 기대했다.

ETRI는 이번 기술을 웨어러블 로봇 제작업체 및 로봇 전문 제조 기업에 기술이전하고, 후속 연구를 통해 상용화를 추진할 계획이다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 정보통신기획평가원(IITP)의 ‘정보통신·방송기술 개발사업’ 지원으로 수행됐다.