주로 의료재활용으로 활용되던 착용로봇은 관련 요소기술의 진보에 따라 군사용 무기체계로 변환하는 단계에 있으며, 작전반경의 확대와 개별 전투원의 전투하중이 증가하는 현대 전장에서 그 필요성이 더욱 증대되고 있다. 과학기술이 무기체계의 소요를 선도하는 선도형 핵심기술인 군사용 착용로봇은 미래 군 소요에 대비한 성능평가 척도의 개발이 필요하나, 주로 기능적 목표 성능 위주로 기술 개발이 이루어지고 있으며, 운용개념이 존재하지 않아 시나리오 기반의 평가지표 또한 부재한 상황이다.
인간과 로봇의 상호작용(HRI)이 중요한 착용로봇은 착용자의 동작의도를 파악하여 이를 동기화하는 것이 가장 중요한 성능지표이며, 이상적일 경우 착용자는 맨몸 동작과 동일한 에너지 소모를 통해 맨몸과 동일한 자유도의 자세와 동작을 수행할 수 있어야 한다.
기존 착용로봇의 동작의도 동기화와 관련한 측정지표는 대부분 의료재활용 착용로봇에 적용하여 해당 근육 및 관절 위주 효과를 측정한 연구가 많으며, 전체 동기화 효율을 측정하기 위한 운동대사 측정은 주로 실험실 내부에서 호흠가스 분석을 통한 산소소모량의 측정 및 착용로봇 착용 / 미착용 상태의 비교를 통해 수행되었다. 불편하면 에너지 소모가 증가한다는 원리에 입각한 착용 전후 운동대사량 변화를 측정하는 방법은 직관적이고 접근성도 좋으며, 착용로봇의 목적에도 부합하는 측면이 있다. 그러나 군사용 착용로봇의 야전운용환경과 활동 범위 등을 고려시 실험실 환경을 벗어난 실제 운용간 산소소모량 측정은 많은 제한사항으로 인해 적용이 어려운 것이 현실이다.
따라서 군사용 착용로봇의 운동대사율 측정을 위한 대체수단이 요구되는 바 이론적으로 산소소모량과 정비례 관계인 심박수에 주목하여 운동대사 변화를 측정할 수 있는 방안을 제시하고자 하였다.
이를 위해 본 연구는 먼저 군사용 착용로봇의 필요성과 개발 현황을 소개하고 발전방향과 주요 한계를 살펴본 후에 인간-로봇 상호작용(HRI)를 중심으로 한 착용로봇의 핵심성능과 이를 평가할 수 있는 평가지표에 대해 기존 연구를 중심으로 제한사항을 도출하였으며, 산소소모량을 대체할 수 있는 인체 측정지표를 발굴하기 위하여 문헌연구를 통해 운동대사 관련 인체 측정지표의 특성과 상관관계를 연구하였다. 이후 군사용 특성을 고려하여 20～30대 남성을 대상으로 한 다중 실험을 통해 산소소모량과 심박수의 상관관계를 분석하였고, 다중회귀분석을 통해 심박수로 산소소모량을 추정할 수 있는 추정식을 도출하였으며, 이후 야전 상황에서 군사용 착용로봇을 활용할 수 있는 특정 시나리오를 선정하고 추정식을 적용하여 착용 전후를 비교할 수 있는 평가모델을 제시하였다. 또한 기본형 착용로봇을 착용한 상태에서 심박수 모니터링 및 미착용 상태와 비교하여 상기 모델에 대한 검증을 시도하였다.
결과적으로 심박수를 활용한 평가지표의 경우 야전 환경에서 간단하면서도 경제적으로 군사용 착용로봇의 동작의도 동기화 및 운동대사 측정이 가능하여 기존 산소소모량 측정방법을 대체할 수 있으리라 판단되며, 향후 실험실 외부 환경에서 유사한 실험을 통해 적용성을 추가 검증 및 고찰한 후에 충분한 데이터가 축적된다면 군사용 착용로봇에 대한 군의 소요제기 및 체계개발을 위한 정량적인 목표성능으로 활용이 가능할 것이다.
