기획·인터뷰

건강한 삶의 반려자, 의료로봇 ||■ 인공관절 로봇이 미래 수술 패러다임 바꾼다 인공관절 로봇 개발 및 제작회사 큐렉소가 개발한 인공관절 수로봇 로보닥(ROBODOC)은 로봇(Robot)과 닥터(Doctor)의 합성어로, 첨단 의료서비스를 제공하는 로봇의사라는 의미다. 로보닥은 정형외과영역에서 무릎 또는 엉덩이뼈 인공관절수술에 사용되고 있다. 제품가격은 20억원에 달한다. 1986년에 Howard Paul 박사와 William Bargar박사의 아이디어인 수술용 인공관절 로봇 ‘로보닥(ROBODOC)’을 2009년 큐렉소가 정부의 자금지원을 받아 재해석, 2011년 국산화를 완료해 로보닥 1.5버젼으로 재탄생됐다. 현재 CE 및 FDA인증을 기다리고 있다. 인공관절로봇 국산화 참여기업으로는 산업용 분야에 오랜 경험과 지식이 축적되어 있던 현대중공업연구소가 5자유도 로봇 암을, 로봇베이스 부분에 삼지전자, 임상 및 어플리케이션분야에 삼성의료원, 학계에서는 BMM요소기술 개발에 전남대 로봇연구소가 참여했다. 그리고 주관기관인 큐렉소 연구소가 수술 기법 개발 및 시스템 통합을 맡아 종래의 방법보다 최소 침습(MIS)방법과 수술시간을 단축하기 위한 HW, SW 개선 및 새로운 임상 어플리케이션 개발에 초점을 뒀다. 현재 인공관절 수술용 로봇 원천특허는 유일하게 큐렉소가 보유하고 있으며 개발 과정에서 획득한 3차원 감시 장치 및 경로정보 시스템을 국내 및 미국에 특허 출원 중에 있다. 로보닥은 주로 인공관절 수술에 활용될 것으로 보이며, 향후 척추, 발목 등 다양한 관절수술 분야로 확대될 전망이다. 현재 전세계 수요량은 24,250대 정도이고 우리나라는 688대가 설치 가능한 것으로 추정되고 있다. ||◇ 협력 통한 융복합으로 개발 성공 의료용 로봇은 융합기술이다. 프로젝트에 참여한 기업 모두가 각자의 역할과 상호협조가 이뤄지지 않는다면 성공하지 못했을 것이다. 특히 현대중공업의 로봇 암(arm)이 의료용 로봇이 요구하는 재현성, 정밀도 및 안전성면에서 만족할만한 수준을 달성, 성공의 결정적 요인으로 작용했다. 현재 현대중공업 등 다른 협력업체들과의 협업을 통해 생산을 다원화함으로써 신뢰할만한 제품을 지속적으로 납품받을 수 있는 공급망을 확보했다. 이런 대기업 등과의 상생전략을 통한 기술 개발은 미래의 기술균형발전 및 생산력을 증진시킬 것으로 전망되고 있다. 향후 인공관절 로봇인 로보닥 v1.5 관련 기술 및 새로운 어플리케이션 개발을 통해 미래의 수술 패러다임을 주도한다는 계획이다. ◇ 부품 국산화 미흡·복잡한 허가절차 발목 잡아 해당분야 전문기술을 보유한 연구 인력들을 구하기 어렵고, 해당기술에 대한 표준이 없어 기존 기술을 통한 최적화에 많은 시간이 필요했다. 의료용 기구는 임상을 통한 상용화에 걸리는 시간이 길어 제한된 시간 안에 개선작업 및 사용자 만족도를 높이기가 어려웠다. 따라서 지속적 지원을 통한 연구기관 및 임상기관과의 보완기술개발을 위한 공동협력 필요하다. 현재 국제규격에 적합한 부품의 국산화가 미흡해, 소량주문에 의존하는 모터, 센서 등 품질을 보장할 수 있는 중요한 부품에 국가적인 지원이 필요한 시점이다. 또한 상업화에 성공하더라도 보건복지부에서 임상적용 유효성을 입증해 보험코드 및 수가 산정에 이르기까지 오랜 시간이 걸리기 때문에 사업초기 시장진입에 어려움이 많다. 유효성이 입증되더라도 만족스럽지 못한 수가 때문에 병원에서는 수익성이 없는 제품을 구매를 기피하는 경향이 있어 판매 전략을 수립하는데 어려움이 있는 것으로 전해지고 있다. 의료용은 허가관련 규정이 복잡하고 기간이 많이 걸린다. 현재의 시스템은 정부의 지원 단계부터 개발이 완료될 때까지 평가 기관 및 자문 평가단기관 만이 참여한다. 이렇게 될 경우 관련허가 및 임상시험에 걸리는 시간이 많이 걸린다. 정부 계획 단계부터 식품의약청 또는 보험관련 기관들과 개발주체들이 단계별 업무 진행과정에서 상호공조를 통해 개발완성 단계에서 상업화를 빠르게 진행할 수 있도록 제도적 개선이 필요한 것으로 보인다. ◇ 주요 소재부품 및 기술 로보닥은 로봇암, 로봇 베이스, 디지타이저, 뼈 움직임 감지 센서 및 기구, 하부 콘트롤 제어기 등을 주요 부품으로 구성하고 있다. 핵심 부품인 로봇암은 현대중공업에서 현재 공급하고 있다. 이에 따라 5자유도 매니플레션 등 의료용 안전기준에 적합한 로봇 암 및 제어기술의 국산화된 상태다. 로보닥, 2만4,250대 규모 세계시장 형성 보행기능 회복 로봇, 1천만불 시장 기대 ||■ 보행기능 회복의 꿈을 실현하는 ‘워크봇’ 재활운동 치료기 제작·판매하는 피앤에스미캐닉스는 2010년 성인용 Walkbot_S와 지난해 아동용 Walkbot_K를 출시했다. 워크봇(Walkbot)은 체중탈부하 방식을 채용하고 로봇구동 하지 보조기가 트레드밀(Treadmill)과 연동하는 장치다. 뇌졸중, 외상성뇌손상, 척수손상, 뇌성마비, 다발성경화증, 파킨슨병 등 신경학적 손상이나 근골격계 질환에 따른 보행장애환자를 대상으로 근력 및 관절 가동범위를 증진하며 운동신경망의 재구성을 통한 보행기능 회복시키는 데 활용되고 있다. 경쟁사인 Swiss Hocoma사(Lokomat 기종)에 이어 세계 두 번째 개발에 성공한 로봇은 식약청의 품목허가 및 제조허가 취득을 완료했다. 특히 워크봇은 관절의 길이 자동 조정이 가능하고 족관절 구동 기능을 갖춰 고관절 및 슬관절만 구동만 가능한 경쟁사에 비해 기술적 우위에 있다. 가격은 약 3억8,000만원이다. 2010년 KIMES에서 출시했고, 이후 2011년 3월 식약청에서 품목 및 제조허가를 취득했다. 향후 세계 최소 50개국 이상 진출, 연간 1,000만 달러 이상의 외화 획득이 가능할 것으로 전망되고 있다. ||◇장기간 기술·신뢰성 확보 지난 10여년 간에 걸친 KIST 로봇과제를 수행하면서 기술역량을 축적했고, 국내 재활의학과 의료진의 관심 및 조언 속에 국내병원에서 장기간 시범 운영을 해 제품의 신뢰성 제고했다. 보건복지부 지정 6개 권역별 재활거점 병원을 중심으로 활발한 영업이 진행됐고, 중국 등 국외 시장 공략을 위해 적극적 해외마케팅 실시 중인 것으로 전해지고 있다. ◇ 인증비용·시간 ‘걸림돌’ SCI급 논문을 필두로 경쟁사는 200여건 상당의 임상논문을 발표했고, 이에 따른 신뢰도 확보했다. 하지만, 국내에서의 임상은 중소기업이 감당하기 어려운 고가의 비용이 소요되어 추진에 난항을 겪고 있다. 세계시장 진출을 위해서는 CE, FDA등 막대한 비용과 시간 소요가 예상되는 인증이 필수적이므로 적극적 시장개척에 걸림돌로 작용할 것으로 보여 정부의 지원이 필요한 상태다. 향후 각 병원에서 피드백되는 개선 및 개발 사항을 반영해 제품 경쟁력 강화하면서 수출위한 국제특허 취득 강화에 주력해야 할 것으로 보인다. ◇ 주요 소재부품 및 기술 로봇 시스템을 구성하는 주요부품은 수술 패널(Operating Pannel) 트레드밀(Treadmill) 역하중 시스템, 로봇 본체, 시스템 SW 등이다. 정밀제어 기술을 통해 환자의 운동 패턴에 맞추어 회전각도 속도에 대한 정밀한 센싱과 제어를 통한 가관절의 DOF 제어 모터와 트레드밀 하중지지대 등을 동기화한다. 구조응력 진동감쇄 강도해석 진동응답 해석에 기반한 인체역학적인 안정적이고 경량화된 다관절 기구 설계기술이 있다. 또한 다양한 환자의 상태를 분석해 보행 행태를 추출하고 환자의 동작에 최적화된 보행 알고리즘을 실행한다.

로봇, 선진농업 이끈다 ||■ 접목 로봇, 세계적 경쟁력 ‘각광’ 자동화 장치 및 로봇을 개발 및 제작하는 헬퍼로보텍은 2006년 04월에 설립됐으며, 경남 김해에 본사를 두고 육묘용 농기계를 생산하는 업체이다. 공정 육묘장과 작목반 단위 육묘장에서 작업공정별로 사용할 수 있는 자동화 장치 및 로봇을 개발 및 제작해 상용화하고 있다. 헬퍼 로보텍이 개발한 과채류 접목로봇은 세계 최초로 박과, 가지과 작물에 모두 적용 가능한 접목로봇이다. 뿌리쪽이 튼튼한 식물체인 대목과 가지와 열매가 충실한 식물체인 접수를 로봇 핸드가 정밀하게 가공해 하나의 식물체로 결합시킨다. 2인 작업 시 시간당 800주 이상 생산이 가능하고 95%이상 접목 성공률을 가진 국내 최초의 상용화된 농업 로봇이다. 헬퍼로보텍은 2004년 수박, 오이 등 박과채소를 자동으로 접목할 수 있는 로봇기술을 농촌진흥청으로부터 이전 받아 상용화하고, 2007년 고추, 토마토 등 가지과 채소를 접목할 수 있는 로봇기술을 자체 개발했다. 접목로봇의 개발과정은 늘어나는 접목 수요에 비해 점점 줄어들고 있는 숙련된 접목 전문가의 작업성을 구현하는데 초점을 두고 개발했으며, 접수와 대목의 정밀한 가공과 접합 기술개발에 중점을 두었다. 2008년에는 박과 작물(수박, 참외, 오이 등)과 가지과 작물(고추, 토마토 등) 구분 없이 한 기계로 모든 과채류의 접목을 다 할 수 있는 과채류 로봇을 역시 농촌진흥청이 세계 최초로 개발하고, 헬퍼로보텍이 기술을 이전해 상용화했다. 개발된 접목로봇은 최근에 연작장애 등의 피해방지를 위해 접목 재배하는 비율이 증가되고 있는 과채류 중 고추와 토마토의 접목묘를 대량생산하는 공정육묘장에 도입됐다. 접목로봇은 연약하고 어린 대목과 접수의 줄기를 일정한 각도로 절단한 다음 대목과 접수의 절단면을 맞붙여 집게로 고정하는 것으로, 부드럽고 정밀성이 요구되는 작업을 로봇이 수행함으로써 육묘농가의 노동력 확보에 어려움을 해소하고 있다. 또한 해외에서도 접목재배에 대한 효과가 알려지면서 접목재배가 급속히 증가하고 있는 추세이며, 캐나다, 이탈리아, 이스라엘을 비롯해 현재 5개국에 19대의 접목로봇이 수출돼 호평을 받고 있다. 북미와 유럽을 중심으로 해외수요가 꾸준히 증가할 것으로 전망돼, 일정규모의 국내외 수요가 확보되면 대량생산을 추진할 것으로 전해지고 있다. ◇ 學·硏 긴밀 협력 성공적 농업공학 전문연구기관인 농촌진흥청의 농업공학부가 접목로봇의 핵심기술을 개발하고, 산업화 설계, 디자인, 농업환경에 적합한 형태의 구조개발을 업체가 담당해 학연의 긴밀한 협력과 꾸준한 기술 개선노력이 성공비결이 됐다. 생산 초기에는 핵심부품을 제외한 대부분의 부품을 아웃소싱했고, 주문 생산방식으로 해 재고의 부담을 줄였으며, 시장 수요의 증가와 함께 부품의 모듈화, 금형제작 등에 의한 규격화를 통해 제품의 성능과 품질을 높여갈 수 있었다. 초기 판매는 제품의 성능과 효과를 홍보하기 위해 현장 설명회 개최, 다양한 농기계 전시회 참여, 인터넷을 통한 홍보 등으로 수요자와의 만남을 시도하고, 현장의 의견을 피드백 했다. 고령화·인력부족 문제 해결, 수출 상품 도약 수출입코드 없어 수출 발목, ‘제도정비 시급’ ◇ 수출입코드 없어 높은 관세 물어 접목로봇은 작물의 생리적 특성에 대한 지식을 기반으로 로봇기술, 메카트로닉스 기술이 융복합돼야 기술개발이 가능하다. 따라서 해당분야 전문기술을 보유한 연구 직원을 구하기 어려웠고, 관련 분야에 대한 공유와 인적 네트워크 형성에도 어려움이 있었다. 생산 초기에는 핵심 부품을 제외한 대부분의 부품제조를 아웃소싱했기 때문에 전방 산업과의 연계, 후방 산업과의 교감과 피드백이 중요하지만, 개발사가 지방에 소재하고 있어 전후방 산업체와 긴밀한 연계를 통해 생산라인을 효율화 하는데 제약 요소가 됐다. 판매 초기에는 정부의 신기술 시범보급사업이 많은 도움이 됐으나 일반 농민이 사용하기에는 아직 고가로 농기계 임대은행제도, 농민지원사업 대상 기종 선정 등 지자체의 적극적인 지원이 필요한 상태다. 또한 지속적인 매출 증가로 이어지기 위해서는 유럽과 북미 지역을 중심으로 한 수출을 통해 지속적 수요창출이 필요하다. 하지만 해외 수출 시 관련 제품에 대한 수출입코드(HS Code)가 없어 유사한 코드로 수출돼 높은 관세율이 부과되고 있다. 즉 제도적 뒷받침이 시급히 요청되고 있는 상황이다. ◇ 주요 소재부품 및 기술 접목로봇은 포지션 센서, 공압센서 센서, 공압 액추에이터, 자체 제작한 절단 엑추에이터, 파츠 피더, 식물체 파지 핸드 등으로 구성된다. 포지션 센서는 국내A사에서, 공압부품은 국내E사로부터 공급되고 있다. 파츠피더는 국내 H사의 제품을 사용했으며, 접목묘 이송을 위해서 사용한 컨베어는 국내 D사로부터 공급받아 제조했다. 기술개발은 농촌진흥청 농업공학부가 개발한 기술을 이전받아 산업화했으며, 제품의 업그레이드와 보급확산을 위해 지속적으로 협력하고 있다. 주요기술로는 로봇 핸드의 대목 편엽 절단 및 접수의 정밀 접합기술인 박과류 접목기술과 정밀한 절단각도 유지 및 대목, 접수 접합기술인 가지과 접목기술이 있다 ||||■ 화훼 시설 무인 방제로봇 CEROS 농업 자동화 기계를 생산하는 회사 ㈜생명과기술이 개발한 화훼 시설 무인 방제 로봇 ‘CEROS’는 유리온실의 시설 농장에서 작업자의 작업 지시에 따라 자동으로 인체에 유해한 농약 방제 작업을 수행하는 로봇이다. 농업 산업의 효율성과 안정성을 성장시킬 수 있는 시설 농업의 로봇 시스템화와 지속적인 인건비로 인한 가격 경쟁력 부담과 인체에 유해한 농약 사용으로 인한 작업의 어려움을 해결하는데 기여하고 있다. 기본 제품 가격은 2,500만원이며 2016년까지 2,000만원으로 단가를 내릴 계획이다. ◇ 농업현장서 개발정보를 얻다 연구진들은 수년 동안 시설농장과 긴밀한 관계를 갖고 실제 농업에 필요한 로봇을 개발하는데 나섰다. 여러 차례의 농업용 로봇을 개발했으며 시설농장에 시험적용을 통해 실제 필요한 기술들을 얻게 됐다. 이는 시설농장과 긴밀한 관계를 유지하지 않으면 불가능한 일이며 이를 바탕으로 관련 기술들을 축적했고 이번 로봇시범사업을 통해 상품화에 성공한 것이다. ◇ 농업 로봇시범보급사업 추진 필요 해당분야 전문기술을 보유한 연구 직원을 구하기 어려웠고, 로봇 분야에 전문지식과 농업분야의 전문 지식을 두루 갖춘 전문가 확보가 어려웠다. 또한 수요처가 아직은 적어 대량생산 체계를 갖추기에는 문제점이 많아 생산라인을 구축하는데 어려움을 갖고 있다. 제품 가격이 고가이기 때문에 시장 진입에 어려움이 많다. 이 제품도 관련 제품에 대한 수출입코드(HS Code)가 없어 유사한 코드로 수출할 때, 높은 관세율이 부과되고 있다. 국내 농업용 로봇은 시작단계이므로 농업에 로봇을 적용한다는 것에 대한 의식이 다소 부족하다. 따라서 로봇시범사업을 통해 농업용 로봇의 필요성을 부각시킬 필요가 있다. 이를 통해 농업로봇에 대한 의식의 전환이 확산돼야 할 것으로 보인다. 방제 로봇의 성능이 충분히 입증되고 시장에서의 호응도를 바탕으로 온실의 방제뿐만 아니라 기타 작업에 대한 로봇 기능을 추가해야 할 것이다. 또한 하나의 로봇으로 다기능을 수행하도록 함으로써 로봇의 효율성을 높이고 생산비 절감을 달성할 것으로 예상되고 있다. 이 외에도 지속적인 홍보 활동을 통해 해외 시설원예 분야에서 사용 가능성을 타진하고 수출할 수 있는 기반이 필요하다. ◇ 주요 소재부품 및 기술 개발된 로봇은 자율주행 4륜구동 플랫폼, 4륜 자율주행을 제어보드, 로봇 리모트 제어기, 로봇간 Docking 시스템, 미스트 분무노즐 어셈블리(붐대 포함), 분무호스 장력제어기, Full 자동권선 장치 등으로 구성돼 있다. 생명과기술은 방제 로봇 제작하고 상품화를 통한 시범 사업 총괄 운영하고 있다. 전북대학교는 로봇 방제 시스템 최적화 및 인증 기준 수립, 로봇 교육 기술지원 등을 담당하고 있다. 더불어 전주, 임실, 장수 등 전북지역 3개 시범농장에서 현장 사용을 통해 제품에 대한 피드백을 제공하고 있다.