ООО '자루베즈네프트-도비차 하리야가' 사업장 내 산업용 외골격 도입 전망

현재 외골격(엑소스켈레톤) 분야는 러시아를 포함하여 자체적인 외골격 시스템 개발을 아우르며 서비스 로봇 공학에서 가장 역동적으로 발전하는 분야 중 하나로 자리 잡고 있습니다.

전 세계적인 사례를 분석해 보면, 현재 외골격 모듈 및 이를 기반으로 한 시스템의 주요 활용 분야는 크게 세 가지로 나눌 수 있습니다.

• 군사용 외골격;
• 재활용 외골격 및 장애인의 이동성 제약을 보완하기 위한 외골격;
• 산업용 외골격.

오늘날 산업용 외골격 분야가 가장 큰 관심을 받는 이유는 다음과 같습니다.

• 산업 현장 환경에 맞춰 설계된 웨어러블 로봇 기기는 외골격 기술의 상업적 활용 분야 중 가장 빠르게 성장하고 있습니다.
• 작업 및 산업용 외골격은 건설 현장, 부두, 공장, 물류창고 등 다양한 곳에서 활용될 수 있습니다.
• 생산 현장의 작업자들은 지속적으로 수작업을 수행해야 하며, 이로 인해 부상 위험을 높이는 유해 요인에 노출됩니다. 특히 근골격계 질환은 유럽연합(EU)에서 가장 흔하게 발생하는 직업병 중 하나입니다. 이는 결과적으로 근로자의 병가 기간 동안 유지 비용을 증가시키고 기업 전체의 노동 생산성을 저하시키는 원인이 됩니다.
• 산업용 외골격 슈트는 외골격 산업 특유의 기술적 한계에 상대적으로 덜 민감합니다.
• 산업용 외골격의 제어 시스템에 요구되는 수준은 의료용이나 군사용 솔루션에 비해 훨씬 낮습니다.

구조적으로 산업용 외골격은 상체용, 하체용, 그리고 전신용으로 분류됩니다.

동력 전달 방식에 따라 수동형과 능동형으로 나뉩니다. 수동형은 구동기(액추에이터)가 장착되지 않으며 댐퍼, 스프링, 평형추 등을 사용하여 신체를 지지하고 하중을 분산시킵니다. 능동형은 사용되는 구동기의 종류(전자기계식, 유압식, 공압식, 하이브리드)에 따라 다시 세부 그룹으로 나뉩니다.

현재 ООО '자루베즈네프트-도비차 하리야가' 사업장에서는 물류창고 작업자의 업무와 다음과 같은 요인으로 인한 노동 강도에 주목하고 있습니다.

• 반복적인 단순 작업 수행;
• 교대 근무 시간 동안 주로 허리와 다리에 가해지는 과도한 육체적 부담;
• 25kg 이하의 화물에 대해 하역 장비를 사용하는 것이 불가능하거나 비효율적인 상황.

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

과도한 육체적 부담으로부터 작업자를 보호하기 위한 해결책으로, 회사는 생산 작업 시 보조 역할을 할 수 있는 산업용 외골격 도입을 검토하고 있습니다. 이러한 기기를 도입하면 물류창고 작업자의 요추와 등 근육에 가해지는 부담을 줄이는 데 도움이 됩니다.

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

중공업, 특히 금속 산업은 발전의 정점에 있습니다. 현대 기술은 많은 공정을 혁신하고 가속화하고 있습니다. '노르니켈(Nornickel)'은 이러한 혁신 도입을 선도하는 기업 중 하나입니다. 이 회사의 사업장에서는 다양한 자국 제조업체의 산업용 외골격을 사용하고 있습니다. 예를 들어, 구리 제련소에서는 엑소라이즈(Exorise)사에서 제작한 수동형 외골격인 X-Soft를 사용합니다.

2023년부터 '카마즈(KAMAZ)' 공장에서는 양팔에 각각 최대 15kg의 하중을 보상하고 볼트를 조일 때 손목을 고정해 주는 팔 근력 강화용 조립 외골격과 함께, '노르니켈'에서 사용하는 엑소라이즈(Exorise)사의 수동형 외골격을 도입하여 사용하고 있습니다.

2025년 '카마즈' 물류 센터에서는 요추 부위를 지지하는 금속 인서트가 포함된 벨트 형태의 수동형 요추 외골격 도입 프로젝트를 추진하고 있습니다. 총 68개의 수동형 외골격을 구매할 계획입니다. 이미 센터 직원들로부터 외골격의 가벼움과 효율성에 대한 긍정적인 평가를 받았습니다.

'가즈프롬네프트(Gazpromneft)'의 생산 현장에서는 엑조메드(Exomed)사에서 제작한 수동형 외골격 엑소히버 3핸더(ExoHeaver 3Hander)를 사용하고 있습니다. 이 장비는 최대 15kg의 전동 또는 공압 공구를 고정할 수 있어 작업의 편의성을 높이고 진동으로부터 팔 관절을 보호합니다.

현재 ООО '자루베즈네프트-도비차 하리야가'가 수동형 외골격에 주목한 이유는 다음과 같습니다.

1. 구조적 단순성: 수동형 외골격은 구조가 단순하여 생산 및 유지보수가 더 쉽습니다.

2. 저렴한 비용: 단순한 구조와 복잡한 부품이 적어 생산 및 구매 비용이 저렴합니다.

3. 가벼운 무게: 수동형 외골격은 일반적으로 능동형보다 가벼워 사용자의 부담을 줄여주고 장시간 착용 시 더 편안합니다.

4. 전력 공급의 독립성: 배터리나 기타 전원 공급 장치가 필요하지 않아 전력 접근이 제한된 환경에서도 안정적으로 사용할 수 있습니다.

5. 사용 편의성: 조작을 위한 복잡한 교육이 필요하지 않아 누구나 쉽게 사용할 수 있습니다.

6. 내구성과 신뢰성: 전자 장치나 복잡한 메커니즘이 없어 고장이나 파손의 위험이 적습니다.

7. 자연스러운 움직임 지원: 사용자의 자연스러운 움직임을 지원하도록 설계되어 부상 위험을 줄일 수 있습니다.

8. 넓은 활용 범위: 재활, 고강도 육체노동, 스포츠 등 다양한 분야에 적합합니다.

ООО '자루베즈네프트-도비차 하리야가'의 설문조사에 따르면, 물류창고 작업자들은 15~25kg 무게의 상자를 수작업으로 운반하며, 허리를 굽히거나 반쯤 굽힌 상태에서 화물을 들어 올리고 한 자세로 장시간 머무르는 경우가 많습니다. 수동형 외골격은 무게가 가벼우면서도 최대 30~50kg의 화물을 들어 올릴 수 있도록 도와줍니다.

현재의 능동형 외골격은 부피가 크고 움직임을 제한하며 장시간 착용 시 작업자에게 불편함을 줄 수 있어 아직 인체공학적 설계와 편안함이 부족합니다. 그러나 탄소 섬유 및 적응형 복합재와 같은 신소재에 대한 지속적인 연구와 개발을 통해 이러한 특성이 개선될 것으로 기대됩니다. 향후 이러한 개선이 이루어지면 능동형 외골격의 도입 가능성을 다시 검토할 수 있을 것입니다.

자루베즈네프트-도비차 하리야가(ZNDKh)에서는 러시아 제조업체의 수동형 외골격에 대한 간략한 분석을 진행했습니다.

세 가지 모델은 블라디미르시에 위치한 프로엑소(ProExo)사의 제품입니다. 그중 가장 저렴한 모델인 울트라(Ultra)는 무거운 화물을 들어 올리는 데는 도움이 되지 않지만, 등 근육의 부담을 줄여주고 올바른 자세를 유지하며 척추 압박을 감소시킵니다. 이 유형의 외골격은 무거운 화물을 들어 올리지 않는 여성 물류창고 작업자에게 적합합니다.

동일한 제조업체의 라이트(Lite) 및 부스트(Boost) 외골격은 최대 50kg의 화물을 운반하고 허리 높이까지 화물을 들어 올리거나 내릴 수 있게 해줍니다. 또한 팔과 등 근육의 부담을 덜어주고 척추 압박을 줄여주며 작업 시 올바른 허리 자세를 유지하도록 돕습니다.

부스트(Boost) 모델의 외골격은 허벅지 커프와 다리 하중 보상 장치를 갖추고 있어 허리에 가해지는 하중을 허벅지로 분산시킬 수 있습니다.

2023년 제조업체의 연구에 따르면, 부스트(Boost) 구성은 팔의 하중을 최대 49%, 등 근육의 하중을 최대 55%까지 줄여주며, 측면 비대칭성을 최대 30%까지 감소시키는 좋은 결과를 보여주었습니다(사람이 화물을 운반할 때 종종 한쪽에 더 많은 하중을 가하여 허벅지 앞쪽 근육의 하중을 예기치 않게 감소시키는 현상을 방지하고 좌우 양측이 거의 동일하게 작동하도록 함).

이와 함께 부스트(Boost) 구성의 외골격은 근육 하중 감소 외에도 상지, 어깨대, 허리의 부상 위험을 줄이고 척추측만증 변형의 진행을 예방하며 정형외과적 문제의 악화 위험을 낮춥니다. 또한 에너지 소비율을 최대 25%까지 줄이고 호흡량을 최대 12%까지 크게 감소시킵니다. 자원봉사자의 65%가 등 근육에 가해지는 육체적 부담이 감소했다고 응답했습니다.

상트페테르부르크 브랜드인 옥실리움(AUXILIUM)의 수동형 외골격 옥실리움 모델 M(AUXILIUM MODEL M)은 올해 산업용으로 대량 생산되기 시작했습니다. 이 제품 역시 앞선 두 제품과 마찬가지로 최대 50kg의 화물 작업, 장거리 화물 운반, 허리 높이까지 화물 승강, 화물을 든 채 상체를 숙이고 장시간 서서 작업하는 것을 가능하게 합니다. 다양한 변형 모델로 제작되며 알루미늄과 티타늄 두 가지 소재로 제공되어 최종 제품의 가격이 결정됩니다.

쿠르스크 브랜드인 엑조메드(Exomed)의 수동형 외골격 로우배커(LOWEBACKER)는 0~1m 높이에서 최대 30kg 무게의 화물을 들어 올리고 운반할 때 요추의 부담을 덜어주도록 설계되었습니다.

이 제품은 요추의 부담을 줄이고 산업재해 및 직업병을 감소시키는 데 도움을 주며, 작업 유형에 따라 작업자의 지구력을 최대 40%까지 향상시킵니다.

검토된 모든 외골격의 무게가 3kg을 초과하지 않는다는 점에 주목할 필요가 있습니다.

물류창고 직원의 업무에 수동형 외골격을 적용한 결과 다음과 같은 효과가 기대됩니다.

1. 직업병 발생 위험 감소.
2. 산업재해 발생률 감소.
3. 노동 생산성 향상.
4. 육체적 부담이 없는 작업 수행 시 시간 절약 (예: 수동형 외골격은 능동형과 달리 장비를 벗을 필요가 없어 문서 작성 등의 업무로 빠르게 전환할 수 있음).
5. 평판 향상 – 업계 최초로 외골격을 도입한 기업 중 하나로서의 위상 확립.

이 외에도 러시아 연방 노동법(ТК РФ)의 요구 사항에 따라 고용주는 매년 근로 조건 및 산업안전보건(HSE) 개선 조치에 제품 생산 비용의 최소 0.2% 이상을 투자해야 합니다. 혁신적인 기술의 도입은 산업재해를 줄이기 위한 효과적인 조치이며, 고용주가 근로 조건 개선과 직업적 위험 감소에 관심을 가지고 있다는 확신을 근로자에게 심어줍니다.