ZARUBEZHNEFT-Dobycha Kharyaga LLC 사업장의 웨어러블 로봇(엑소스켈레톤) 도입 전망

현재 엑소스켈레톤(외골격 로봇) 분야는 러시아를 포함해 자체 엑소스켈레톤 시스템 개발을 아우르며 서비스 로봇공학에서 가장 역동적으로 발전하는 분야 중 하나가 되고 있습니다.

글로벌 사례를 분석해 보면 현재 엑소스켈레톤 모듈과 이를 기반으로 한 시스템에는 세 가지 핵심 적용 분야가 있음을 알 수 있습니다:

• 군사용 엑소스켈레톤;
• 재활 치료용 및 거동이 불편한 장애인의 이동성 보완을 위한 엑소스켈레톤;
• 산업 현장 적용을 위한 엑소스켈레톤.

오늘날 가장 큰 관심을 끌고 있는 분야는 바로 산업용 엑소스켈레톤이며, 그 이유는 다음과 같습니다:

• 산업 생산 현장에서 사용하도록 설계된 웨어러블 로봇 장비는 엑소스켈레톤 기술의 상업적 활용 분야에서 가장 빠르게 성장하는 영역이 되고 있습니다;
• 작업 및 산업용 엑소스켈레톤은 건설 현장, 부두, 공장, 물류창고 등에서 활용될 수 있습니다;
• 생산 현장 작업자들은 지속적으로 수작업에 의존해야 하므로 부상 위험을 높이는 유해 요인에 노출됩니다. 무엇보다도 유럽연합에서 가장 흔한 직업병 중 하나로 꼽히는 근골격계 질환이 발생할 확률이 높아집니다. 이는 결과적으로 근로자의 휴업 기간 중 발생하는 유지 비용 증가와 기업 전체의 노동 생산성 저하로 이어집니다;
• 산업용 엑소슈트는 엑소스켈레톤 업계 특유의 기술적 한계에 상대적으로 덜 민감합니다;
• 산업용 엑소스켈레톤의 제어 시스템에 대한 요구 수준은 의료용이나 군사용 유사 솔루션에 비해 훨씬 낮습니다.

구조적으로 산업용 엑소스켈레톤은 상체용, 하체용 및 전신형으로 나뉩니다.

힘을 보조하는 방식에 따라서는 무동력(패시브) 방식(구동 장치가 없으며 댐퍼, 스프링, 평형추 등을 통해 지지 및 하중 분산을 수행함)과 전동(액티브) 방식으로 분류되며, 전동 방식은 다시 사용되는 구동 장치의 유형에 따라 하위 그룹(전기 기계식, 유압식, 공압식, 복합식)으로 세분화됩니다.

현재 ZARUBEZHNEFT-Dobycha Kharyaga LLC 사업장에서는 물류창고 작업자들의 업무 활동과 다음과 같은 요인으로 인한 작업 부하 강도에 주목하고 있습니다:

• 단순 일상 작업의 반복성;
• 근무 교대 시간 동안 주로 허리와 다리에 집중되는 과중한 신체적 부담;
• 25 kg 이하 화물에 대한 인양 장비 사용의 불가능성 또는 비효율성.

나열된 요인들은 근골격계의 피로와 통증을 유발하며, 이는 직업병이나 산업재해로 이어질 수 있습니다.

과중한 신체적 부담으로부터 근로자를 보호하기 위한 해결책으로 회사는 생산 작업 수행 시 보조 수단으로서 산업용 엑소스켈레톤을 활용하는 방안을 검토하고 있습니다. 이러한 장비를 적용하면 물류창고 작업자의 요추 부위와 등 근육에 가해지는 하중을 줄이는 데 도움이 됩니다.

러시아 기업들의 엑소스켈레톤 테스트 및 적용 사례를 벤치마킹한 결과, 이 분야는 이제 막 발전하기 시작하는 단계입니다.

중공업, 특히 야금 산업은 발전의 정점에 있습니다. 현대 기술은 수많은 공정을 변화시키고 가속화하고 있습니다. Nornickel은 이러한 혁신 도입을 선도하는 기업 중 하나입니다. 이 회사의 사업장에서는 다양한 자국 제조업체의 산업용 엑소스켈레톤을 사용하고 있습니다. 예를 들어 구리 제련소에서는 Exorise가 제조한 무동력 엑소스켈레톤 X-Soft를 활용하고 있습니다.

2023년부터 KAMAZ 공장은 볼트 체결 시 손목을 고정하고 양팔에 각각 최대 15 kg의 하중을 보상해 주는 근력 보조 조립용 엑소스켈레톤과 Nornickel에서 사용 중인 Exorise의 무동력 엑소스켈레톤을 함께 사용하고 있습니다.

2025년 KAMAZ 물류센터에서는 요추 부위를 지지하는 금속 삽입형 벨트인 무동력 요추 보조 엑소스켈레톤 도입 프로젝트를 진행하고 있습니다. 총 68대의 무동력 엑소스켈레톤을 구매할 계획입니다. 이미 물류센터 직원들로부터 엑소스켈레톤의 가벼운 무게와 뛰어난 효과에 대해 긍정적인 피드백을 받았습니다.

Gazprom Neft의 생산 현장에서는 Exomed가 제조한 무동력 엑소스켈레톤 ExoHeaver 3Hander가 사용되고 있습니다. 이 장비는 최대 15 kg 무게의 전동 또는 공압 공구를 고정할 수 있어 공구 작업을 수월하게 하고 진동으로부터 팔 관절을 보호합니다.

현재 ZARUBEZHNEFT-Dobycha Kharyaga LLC에서는 다음과 같은 이유로 무동력 엑소스켈레톤에 주목하고 있습니다:

1. 구조의 단순성: 무동력 엑소스켈레톤은 구조가 더 단순하여 제조 및 유지보수가 용이합니다.

2. 저렴한 비용: 단순한 구조와 복잡한 부품의 최소화로 인해 무동력 엑소스켈레톤은 제조 및 구매 비용이 더 저렴합니다.

3. 가벼운 중량: 무동력 엑소스켈레톤은 일반적으로 전동 방식보다 가벼워 사용자의 부담을 줄여주며 장시간 착용하기에 더 편안합니다.

4. 전원 공급 불필요: 배터리나 기타 전원이 필요하지 않아 전력 공급이 제한된 환경에서도 높은 신뢰성을 제공합니다.

5. 사용 편의성: 조작을 위한 복잡한 교육이 필요하지 않으며 폭넓은 사용자가 쉽게 이용할 수 있습니다.

6. 내구성 및 신뢰성: 전자 부품과 복잡한 기계 장치가 없어 오작동이나 고장이 발생할 확률이 낮습니다.

7. 자연스러운 움직임 보조: 사용자의 자연스러운 움직임을 지지하도록 설계할 수 있어 부상 위험을 줄여줍니다.

8. 폭넓은 적용 분야: 재활 치료, 중량물 취급 작업 및 스포츠 활동에 적합합니다.

ZARUBEZHNEFT-Dobycha Kharyaga LLC의 설문조사에 따르면 물류창고 작업자들은 15~25 kg 무게의 상자를 수작업으로 운반하고, 허리를 구부리거나 반쯤 숙인 자세로 화물을 들어 올리며 장시간 같은 자세로 머무르는 경우가 많습니다. 무동력 엑소스켈레톤은 무게가 가벼우면서도 최대 30~50 kg 질량의 화물을 들어 올릴 수 있도록 도와줍니다.

현대의 전동 엑소스켈레톤은 아직 인체공학적 설계와 착용감이 충분하지 않습니다. 부피가 크고 움직임을 제한하며 장시간 착용 시 작업자에게 불편함을 줄 수 있습니다. 그러나 탄소 섬유 및 적응형 복합재와 같은 신소재에 대한 지속적인 연구 개발을 통해 이러한 특성이 개선될 것으로 기대됩니다. 그 시점이 되면 전동 엑소스켈레톤의 도입 가능성을 다시 검토할 수 있을 것입니다.

ZNDKh에서는 러시아 제조업체들의 무동력 엑소스켈레톤에 대한 간략한 분석을 실시했습니다.

세 가지 모델은 ProExo(Vladimir 소재) 제품입니다. 그중 가장 저렴한 모델인 Ultra는 중량물을 들어 올릴 때 직접적인 힘을 보조하지는 않지만, 등 근육의 부담을 줄여주고 바른 자세를 유지하도록 도우며 척추 압박을 완화합니다. 이 유형의 엑소스켈레톤은 무거운 화물을 들어 올리지 않는 여성 물류창고 작업자에게 적합합니다.

동일 제조업체의 Lite 및 Boost 엑소스켈레톤은 최대 50 kg의 화물을 운반하고 허리 높이까지 화물을 들어 올리거나 내릴 수 있도록 도우며, 팔과 등 근육의 하중을 덜어주고 작업 시 올바른 등 자세를 형성하여 척추 압박을 줄여줍니다.

Boost 모델 엑소스켈레톤은 허벅지 커프와 다리 하중 보상 장치를 갖추고 있어 등에 가해지는 하중을 허벅지로 분산시킬 수 있습니다.

2023년 제조업체 연구 결과에 따르면 Boost 구성은 팔 하중 최대 49% 감소, 등 근육 하중 최대 55% 감소 및 좌우 비대칭 최대 30% 감소(사람이 화물을 운반할 때 흔히 한쪽에 더 많은 힘을 주게 되는데, 좌우가 거의 균등하게 작동하도록 돕고 예기치 않게 허벅지 앞쪽 근육의 부담까지 줄여줌)라는 우수한 결과를 보여주었습니다.

이와 함께 근육 하중 완화 외에도 Boost 구성의 엑소스켈레톤은 상지, 어깨뼈 부위 및 등의 부상 위험을 낮추고 척추측만증 변형 발생을 예방하며 정형외과적 문제가 악화될 위험을 줄여줍니다. 또한 에너지 소모량을 최대 25%까지 낮추고 일회 호흡량을 최대 12%까지 크게 줄여줍니다. 실험 참가자의 65%가 등 근육에 가해지는 신체적 부담이 감소했다고 답했습니다.

Sankt-Peterburg 브랜드 AUXILIUM의 무동력 엑소스켈레톤 AUXILIUM MODEL M은 올해 산업용 양산에 들어갔습니다. 이 제품은 앞서 언급한 두 모델과 마찬가지로 최대 50 kg의 중량물을 취급하고, 화물을 장거리 운반하며, 허리 높이까지 화물을 들어 올리고 내리는 작업, 그리고 화물을 든 채 상체를 숙여 장시간 서서 일하는 작업을 가능하게 합니다. 다양한 사양과 알루미늄 및 티타늄 두 가지 소재로 제작되며 이에 따라 최종 제품의 가격이 달라집니다.

Kursk 브랜드 Exomed의 무동력 엑소스켈레톤 LOWEBACKER는 0~1 m 높이에서 최대 30 kg 중량의 화물을 들어 올리고 운반할 때 요추 부위의 하중을 완화하도록 설계되었습니다.

이 제품은 요추 부위의 부담을 덜어주고 산업재해와 직업병을 줄이는 데 도움이 될 뿐만 아니라 작업 유형에 따라 작업자의 지구력을 최대 40%까지 향상시킵니다.

검토된 모든 엑소스켈레톤의 무게는 3 kg을 넘지 않는다는 점에 주목할 필요가 있습니다.

물류창고 직원의 업무에 무동력 엑소스켈레톤을 적용함에 따라 기대되는 효과는 다음과 같습니다:

1. 직업병 발생 위험 감소.
2. 산업 현장의 재해율 감소.
3. 노동 생산성 향상.
4. 신체적 부담과 무관한 업무 수행 시간 절약(예를 들어 무동력 엑소스켈레톤은 전동 방식과 달리 장비를 벗을 필요가 없어 문서 작성 업무로 신속하게 전환할 수 있음).
5. 기업 평판 제고 – 업계 최초로 엑소스켈레톤을 도입한 선도 기업 중 하나로서의 입지 구축.

이 밖에도 러시아 연방 노동법 요구사항에 따라 고용주는 근로 조건 및 산업안전보건(HSE) 개선을 위한 연례 조치에 제품 생산 비용 총액의 최소 0.2% 이상을 재원으로 투입해야 합니다. 혁신 기술의 도입은 산업재해를 줄이기 위한 효과적인 조치이며, 근로자들에게 고용주가 근로 조건 개선과 직업적 위험 감소에 깊은 관심을 가지고 있다는 확신을 심어줍니다.