2026.4.21

스파이더맨 닥터 옥토퍼스 현실로… 1.3kg 초경량 웨어러블 소프트 로봇팔 개발

□ 영화 <스파이더맨>의 빌런 닥터 옥토퍼스처럼 등에서 팔이 나오는 상상이 현실이 된다. 고려대학교(총장 김동원) 전기전자공학부 차영수 교수 연구팀이 종이접기 구조를 응용해 가볍고 유연하면서도 뛰어난 보조력을 제공하는 웨어러블 로봇팔 개발에 성공했다.

□ 두 손이 모자랄 때, 팔이 하나 더 있으면 얼마나 좋을까. 그동안 로봇팔을 등에 장착해 작업 능력을 획기적으로 향상시키기 위한 시도는 꾸준히 이어져 왔지만, 무게 문제가 발목을 잡았다. 기존 로봇팔은 대부분 금속 소재로 제작돼 착용자의 부담이 컸기 때문이다.

□ 연구팀은 ‘크레슬링 패턴’이라 불리는 종이접기 구조에서 돌파구를 찾았다. 유연하면서도 형태를 안정적으로 유지하는 이 패턴을 적용해 4개의 원통형 구조체(실린더)를 만들고, 이를 결합해 하나의 소프트 모듈을 설계했다. 여기에 와이어로 잡아당기는 ‘텐던 구동’ 방식을 더해 보다 정교하고 부드러운 동작을 구현했다. 

*크레슬링(Kresling) 패턴: 원통형 구조가 비틀리면서 접히고 펴지는 종이접기 패턴의 일종

*텐던 구동(Tendon-driven): 힘줄처럼 와이어를 당겨 관절을 움직이는 방식 

□ 특히 주요 몸체를 폴리염화비닐(PVC) 등 가벼운 소재로 구성해 77cm 길이에도 1.3kg으로 매우 가볍고, 최대 90도까지 구부러지는 높은 유연성을 자랑한다. 덕분에 착용자의 어깨나 허리 등 다양한 부위에 장착해 작업 중 물건을 지지하거나 운반하는 등 보조적인 역할로 사용할 수 있다. 

□ 연구팀은 하드웨어 개발에 더해, 로봇팔의 움직임을 수학적으로 계산하는 기하학 기반 모델링 프레임워크도 구축했다. 종이접기 구조는 움직임이 복잡해 제어가 까다롭지만, 이 모델을 통해 특정 명령에 따라 로봇팔이 어떤 각도로 얼마나 변형될지 예측할 수 있다. 즉, 조종 정확도를 크게 향상시켜 매우 정밀하게 로봇팔의 움직임을 제어할 수 있게 된 것이다.

□ 차영수 교수는 “이번 로봇은 종이접기 구조의 경량성과 소프트 로봇의 안전성을 동시에 갖추고 있다”며 “물류 현장에서의 작업 보조는 물론, 일상생활에서 도움이 필요한 노약자나 장애인을 위한 보조 기구 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

□ 본 연구 성과는 로봇공학 분야의 국제 저명 학술지 ‘IEEE/ASME Transactions on Mechatronics(IF=7.3)’에 4월호로 출판됐다. 

*논문명: Supernumerary Wearable Soft Manipulator with Modularized Origami Structures

*DOI: doi.org/10.1109/TMECH.2025.3602384

*URL: https://doi.org/10.1109/TMECH.2025.3602384

□ 본 연구는 한국연구재단의 미래개척융합과학기술개발사업과 기초연구사업(중견연구) 지원을 받아 수행됐다. 

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