HAL (로봇)

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1. 개요
2. 역사
3. 설계 및 원리
4. 이용
5. 일본 내 보험 적용
- 5.1. 적용 대상 질환
- 5.2. 보험 적용 조건
참조

1. 개요

HAL (로봇)은 츠쿠바 대학의 산카이 요시유키 교수가 개발한 로봇 슈트이다. 착용자의 생체 신호를 감지하여 움직임을 보조하며, 의료, 재활, 산업 현장, 재난 구조 등 다양한 분야에서 활용된다. HAL은 2008년부터 의료 목적으로 임대되기 시작했으며, 일본에서 의료 보험 적용을 받았다. HAL은 소프트 외골격 디자인으로 착용감과 사용 편의성이 뛰어나며, 사이버닉 자발 제어(CVC)와 사이버닉 자율 제어(CAC)를 통해 자동 운동 지원이 가능하다.

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HAL (로봇)
개요
이름	하이브리드 어시스티브 림 (HAL)
종류	파워드 엑소스켈레톤 소프트 엑소스켈레톤
제조국	일본
제조사	사이버다인 (ja)
용도	의료 수색 및 구조
최초 프로토타입	1997년
HAL-5 전체 슈트	2012년
웹사이트	http://www.cyberdyne.jp/english/index.html
설명
특징	신체기능 보조 및 강화 로봇
작동 원리	사람이 움직이려고 할 때 뇌에서 근육으로 전달되는 생체전위신호를 감지하여 움직임을 지원
적용 분야	의료 복지 작업 지원 재해 구조 엔터테인먼트 등
기술
제어 방식	생체전위 신호 기반 제어
구동 방식	모터 구동
기타
안전 인증	TÜV 라인란드 EC 인증 획득 (2013년)

2. 역사

산카이 요시유키는 초등학교 3학년 때부터 로봇에 매료되어 "인간을 지원"하기 위한 로봇 슈트를 만들고자 했다.^[5] 1989년 로봇 공학 박사 학위를 받은 후, 1990년부터 1993년까지 3년 동안 다리 움직임을 제어하는 뉴런을 매핑하는 데 시간을 보냈고, 그와 그의 팀은 하드웨어 프로토타입을 만드는 데 추가로 4년이 걸렸다.^[6] 초기 프로토타입은 매우 무거워 실용적이지 않았지만, 이후 개선된 모델이 개발되었다. 2008년부터 의료용으로 임대가 시작되었고, 일본 전역의 여러 의료 시설에서 사용되었다. 이후 국제 안전 인증과 유럽 EC 인증을 획득하며 의료용 로봇으로 인정받았다.^[2]^[3]^[4]^[7]^[8]

2. 1. 개발 초기

HAL의 첫 번째 프로토타입은 츠쿠바 대학의 교수인 산카이 요시유키가 제안했다. 산카이 요시유키는 초등학교 3학년 때부터 로봇에 매료되어 "인간을 지원"하기 위해 로봇 슈트를 만들고자 했다.^[5] 1989년, 로봇 공학 박사 학위를 받은 후 HAL 개발을 시작했다. 그는 1990년부터 1993년까지 3년 동안 다리 움직임을 제어하는 뉴런을 매핑하는 데 시간을 보냈다.^[6]

2. 2. 프로토타입 개발

산카이 요시유키 츠쿠바 대학 교수가 HAL의 첫 번째 프로토타입을 제안했다. 산카이는 초등학교 3학년 때부터 로봇에 매료되어 "인간을 지원"하기 위한 로봇 슈트를 만들고자 했다.^[5] 1989년 로봇 공학 박사 학위를 받은 후 HAL 개발을 시작했다. 1990년부터 1993년까지 3년 동안 다리 움직임을 제어하는 뉴런을 매핑하는 데 시간을 보냈고, 그와 그의 팀은 하드웨어 프로토타입을 만드는 데 추가로 4년이 걸렸다.^[6]

2000년대 초에 개발된 세 번째 HAL 프로토타입은 컴퓨터에 연결되었다. 배터리 무게만 22kg에 달했고 착용하려면 두 명의 조력자가 필요하여 매우 비실용적이었다. 반면, 후기 HAL-5 모델은 배터리와 제어 컴퓨터가 착용자의 허리에 묶여 있으며 무게가 10kg에 불과하다.

2. 3. 상용화 및 인증

사이버다인은 2008년에 의료 목적으로 HAL 수트 임대를 시작했다. 2012년 10월까지 일본 전역의 130개 의료 시설과 요양원에서 300개 이상의 HAL 수트가 사용되었다. 이 수트는 일본에서만 월 2000USD의 요금으로 기관 임대가 가능했다.^[7] 2012년 12월, 사이버다인은 언더라이터스 래보래토리즈로부터 의료 기기 설계 및 제조에 대한 국제 품질 표준인 ISO 13485 인증을 받았다.^[8] 2013년 2월 말, HAL 수트는 최초의 전동 외골격으로 글로벌 안전 인증을 받았다.^[2] 2013년 8월, 이 수트는 EC 인증을 받아 유럽에서 최초로 의료용 치료 로봇으로 사용이 허가되었다.^[3]^[4]

2014년 11월 12일, 「HAL 작업 지원용(허리 타입)」과 「HAL 간호 지원용(허리 타입)」은 퍼스널 케어 로봇(생활 지원 로봇)으로 세계 최초로 안전성에 대한 국제 규격(ISO 13482) 인증을 획득했다.^[25] 같은 해 12월, 후생노동성은 하지 타입을 희귀 질환용 의료 기기로 지정했다.^[26]

3. 설계 및 원리

HAL은 사람이 신체를 움직이려 할 때 뇌에서 운동 신경을 통해 근육으로 전달되는 신경 신호 중 피부 표면에서 감지되는 작은 생체 신호를 감지하여 작동한다. HAL 슈트는 사이버닉 자율 제어(CAC)와 사이버닉 자발 제어(CVC)로 구성된 사이버닉 제어 시스템을 갖추고 있어 자동 운동 지원이 가능하다.^[9]^[10]^[11] HAL은 소프트 외골격 디자인으로, 뻣뻣한 몸체가 없어 착용감과 사용 편의성이 좋다는 장점이 있다.^[12]

3. 1. 생체 신호 감지

사람이 몸을 움직이려 할 때, 신경은 운동뉴런을 통해 뇌에서 근육으로 신호를 전달하여 근육을 움직인다. 이때 피부 표면에서는 생체 전기가 감지된다. HAL 동력형 외골격은 착용자의 피부에 부착한 센서를 통해 생체 전기 신호를 처리한다. HAL의 동력부는 감지된 신호를 기반으로 움직이며 착용자의 동작을 돕는다. HAL 동력형 외골격은 수동 제어 기능인 CVC(Cybernic Voluntary Control)와 자동 제어 기능인 CAC(Cybernic Autonomous Control)가 모두 가능하다.^[37]^[38]^[39]

3. 2. 동력 구동 및 제어 시스템

사람이 몸을 움직이려 할 때, 신경은 운동뉴런을 통해 뇌에서 근육으로 신호를 전달하여 근육을 움직인다. 이때 피부 표면에서는 생체전기가 감지된다. HAL 동력형 외골격은 착용자의 피부에 부착한 센서를 통해 생체전기 신호를 처리한다. HAL의 동력부는 감지된 신호를 기반으로 움직이며 착용자의 동작을 돕는다. HAL 동력형 외골격은 수동 제어 기능인 CVC(Cybernic Voluntary Control)와 자동 제어 기능인 CAC(Cybernic Autonomous Control)가 모두 가능하다.^[37]^[38]^[39] HAL 슈트는 사이버닉 자율 제어(CAC)라고 알려진 "로봇 자율 제어 시스템"과 사이버닉 자발 제어(CVC)라고 알려진 사용자가 활성화하는 "자발 제어 시스템"으로 구성된 사이버닉 제어 시스템을 갖추고 있어 자동 운동 지원이 가능하다.^[9]^[10]^[11]

3. 3. 소프트 외골격 디자인

HAL은 소프트 외골격 디자인으로 유명하며, 뻣뻣한 몸체가 없어 착용감과 사용 편의성이 좋다는 장점이 있다.^[12]

4. 이용

HAL은 노약자와 장애인의 일상생활을 돕기 위해 설계되었으나, 재해 구호나 건설 등 신체적 부담이 가는 직종에서 노동자들을 도울 수도 있다.

HAL의 주요 활용 사례는 다음과 같다.

연도	사건
2011년	미국 정부가 소비자 가전 전시회에서 HAL 동력형 외골격 구매 의사를 표명했다.^[43]
2011년 3월	사이버다인이 보건 전문가와 공장 노동자를 위해 HAL의 다리 부분을 공개했다.^[44]
2011년 11월	후쿠시마 제1 원자력 발전소 사고 복구 작업에 HAL 투입이 결정되었다.^[45]
2012년 10월	도쿄에서 열린 일본 로봇 위크 전시회에서 후쿠시마 원전 사고 현장 청소를 위해 특별히 설계된 HAL의 재설계 버전이 공개되었다.^[19]
2013년 3월	일본의 10개 병원에서 HAL 다리 부분의 의료적 사용 실험이 이루어졌다.^[46]
2014년	건설 현장을 위해 개조된 HAL 동력형 외골격이 건설회사 오바야시 건설에서 사용되기 시작했다.^[47]

4. 1. 의료 및 재활

HAL은 주로 병원에서 환자들의 재활 치료를 돕기 위해 사용되며, 장기적인 재활 치료를 위해 개조될 수 있다. 연구에 따르면, 치료를 위해 설계된 놀이와 병행하여 HAL을 사용하면 장애 아동의 보행 시 인지 기능을 향상시킬 수 있다.^[40]^[41] 또한, HAL 치료는 척수 손상이나 뇌졸중 환자의 재활 치료에도 효과적으로 사용될 수 있다.^[42] 2013년 3월에는 일본의 10개 병원에서 HAL 다리 부분의 의료적 사용 실험이 진행되었다.^[46]

4. 2. 산업 현장

2014년, HAL 동력형 외골격이 건설 현장을 위해 개조되어 건설회사 오바야시구미에서 사용되기 시작했다.^[47]^[21]

4. 3. 재난 구조

2011년 미국 정부는 소비자 가전 전시회에서 HAL 동력형 외골격 구매 의사를 표했다.^[43] 같은 해 11월, 후쿠시마 제1 원자력 발전소 사고 복구 작업에 HAL이 투입되었다.^[45] 2012년 10월 도쿄에서 열린 일본 로봇 위크 전시회에서는 후쿠시마 원전 사고 현장 청소를 위해 특별히 설계된 HAL의 재설계 버전이 공개되었다.^[19]

4. 4. 기타

2011년, 미국 정부는 소비자 가전 전시회에서 HAL 동력형 외골격 구매 의사를 표했다.^[43]^[16] 같은 해 3월, 사이버다인은 보건 전문가와 공장 노동자를 위해 HAL의 다리 부분을 공개했다.^[44]^[17] 2011년 11월에는 후쿠시마 제1 원자력 발전소 사고 복구 작업에 HAL 투입이 결정되었다.^[45]^[18] 2013년 3월, 일본의 병원 10곳에서 HAL 다리 부분의 의료적 사용 실험이 이루어졌다.^[46]^[20] 2014년, 건설 현장을 위해 개조된 HAL 동력형 외골격이 건설회사 오바야시 건설에서 사용되기 시작했다.^[47]^[21]

5. 일본 내 보험 적용

2015년 11월 25일, 후생노동성은 의료기기 "HAL 의료용 하지 타입"을 완서 진행성 신경·근육 질환용으로 승인하고^[27], 국내 판매를 승인했다^[28] . 이듬해 1월, 후생노동성 중앙사회보험의료협의회에서 HAL의 보험 적용이 결정되었고^[31], 2016년 9월 2일부터 의료 보험 적용이 시작되었다^[32]^[33]^[34] .

5. 1. 적용 대상 질환

HAL은 근위축성 측삭 경화증, 근이영양증, 척수성 근위축증, 구척수성 근위축증 등 8가지 난치병 중 하나로 진단받고, 체중이나 신장 등의 조건을 충족하는 환자를 대상으로 적용된다.^[29]^[30]

5. 2. 보험 적용 조건

근위축성 측삭 경화증, 근이영양증, 척수성 근위축증, 구척수성 근위축증 등 8가지 난치병 중 하나로 진단받고, 체중이나 신장 등의 조건을 충족하는 환자가 보험 적용 대상이 된다.^[29]^[30]

참조

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_[6] 웹사이트 HAL, a friend for people with disabilities http://web-japan.org[...] Web Japan 2006-09-15
_[7] 웹사이트 Robots to the rescue as an aging Japan looks for help http://www.theaustra[...] 2012-10-13
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