[중개-1] 2022년도 재활로봇중개연구용역 제안요청서

(다년도)

연구과제명

뇌활성도 피드백 기술과 재활로봇을 융합한 중개연구

연구분야

상지 및 하지 재활

연구형태

중개연구

과제관리자

신준호 과장

연 락 처

02-901-1884

연구기간

계약일~2024.11.30.

연구비

총 액

991,650천원

1차년도

291,650천원

2차년도

350,000천원

3차년도

350,000천원

연구목적

○ 로봇을 활용한 재활훈련에 있어서, 뇌신호(EEG, fNIRS, fMRI(DTI 포함), 또는 MEG 등)와 사용자 자극을 기반으로, 온라인(On-line)으로 뇌활성도를 측정하고 피드백하여 뇌 가소성(Brain Plasticity)을 촉진할 수 있는 뇌-로봇 상호작용(Brain-Robot Interaction: BRI) 기술의 중개연구

연구

필요성

○ 재활로봇기술과 센서기술의 발전으로, 로봇을 활용한 재활훈련(동작을 수행 혹은 상상하거나 이와 유사한 상황) 환경에서 뇌신호 측정 기법을 통해 사용자의 재활훈련 의도를 정량화하는 융합기술 요구

- 뇌 가소성 또는 재활훈련 의도를 비침습적으로 확인할 수 있는 뇌신호 또는 그 외의 생체신호(EKG 또는 EMG 등)를 재활훈련 환경에 접목하여 재활 효과를 높이는 기술이 요구되고 있음

○ 뇌가소성을 촉진하기 위한 온라인 뇌-로봇 상호작용과 사용자 피드백 기술의 요구

- 뇌활성도를 측정하여 사용자의 다양한 동작 의도를 정량화하고 피드백하는 온라인 Closed-loop BRI 시스템의 발전을 기반으로, 로봇을 활용한 재활훈련 시 사용자의 뇌활성도를 모니터링하고 연계된 외부자극과 함께 사용자에게 피드백하여 뇌 가소성을 촉진하는 기술이 요구되고 있음

○ 뇌병변 환자의 뇌활성도를 기반으로 한 뇌-로봇 상호작용 기술로써 사용자의 손상된 뇌 영역을 고려한 신호처리 알고리즘 필요

- 로봇을 활용한 재활훈련 시 뇌병변 환자의 동작 의도를 검출하기 위해, 손상된 뇌 부위의 비정상적 뇌활성도를 보완하기 위한 뇌신호 측정 및 분석 알고리즘 필요

연구 내용

및 방법

1차년도

○ 로봇을 활용한 재활훈련 시, 뇌활성도를 모니터링하고 사용자에게 피드백하는 재활훈련용 뇌활성도 피드백 모델 수립 및 근거 제시

- 뇌활성도를 측정하여 동작 의도에 관련한 특징을 검출하고 이를 피드백하는 온라인 뇌활성도 피드백 시스템의 관련 기존 연구를 검토하고 구체적 모델 구현

- 뇌활성도에 따른 외부자극(시각 또는 소리 또는 진동 또는 물리(압력) 또는 전기 등)을 활용한 뇌활성도 피드백 모델 개발(예: 뇌 가소성 촉진, 운동학습 등)

- 모델 검증을 위한 과업, 물리적 환경에 대한 요구조건, 평가항목에 관한 구체적 사안 적용

○ 상지 또는 하지 재활 동작을 수행 혹은 상상하거나 이와 유사한 상황에서, 재활로봇 사용자의 뇌활성도 특징 검출 알고리즘 개발

- 상지 또는 하지 재활로봇의 관련 동작 수행 또는 상상 등 그와 유사한 상황에 관한 정의를 연구계획서에 명확하게 제시

- 뇌활성도에 관하여 2개 이상의 동작 의도에 관련한 뇌활성도 특징을 동시에 검출 및 사용(뇌활성도 특징의 예로 Attention/Stress, ERD(Event Related Desynchronization), ErrP(Error-related Potential), M1/SMA HR(Hemodynamic response) 등)

- 재활훈련용 로봇의 훈련 동작, 그리고 뇌병변 환자를 대상으로 한 임상에 친화적인 검출 방법(병변 위치를 고려한 spatial feature 또는 connectivity 등) 구현

- 패턴인식 또는 딥러닝 기법 등의 뇌활성도 특징 검출 방법은 연구 계획서에 구체적으로 제시 후 구현

- (선택사항) 뇌활성도를 기반으로 한 멀티모달 생체신호 활용 가능

○ 상지 또는 하지 재활을 위한 뇌활성도 피드백 시스템 구축 및 테스트

- 기존의 로봇 동작 수행방식을 재활훈련용 뇌활성도 피드백 시스템 출력(사용자 의도)으로 적용할 수 있도록 개발(API 혹은 SDK를 이용)

○ 안정적 뇌활성도 및 생체신호 취득을 위한 노이즈 감소기술 개발

- 기존의 상지 또는 하지 재활로봇을 이용한 동작 수행 환경과 뇌이미징 장비와의 영향성 파악

- 실시간 노이즈 감소/제거를 통한 뇌활성도 특징 검출 알고리즘 보완

○ 재활훈련용 뇌활성도 피드백 시스템 임상평가 제반사항 준비

○ 포커스 그룹 인터뷰(연 3회 이상)와 전문가 자문회의(연 3회 이상)를 통한 개선요구사항 파악 및 시스템 기능 검증과 설계 보완

○ 1차년도 평가항목

평가항목	단위	세계최고수준 (보유국, 기업)	현재국내 최고수준	개발 목표치
뇌활성도 특징 개수	개	(Ortiz. M. et al., 2020)	-	≥2
뇌활성도 특징 오검출 비율 FPR* (뇌활성도 피드백 시스템 성능)	%	CVA patient 15 (miguel hernandez univ.)	-	<20 (비장애인)
뇌활성도 피드백 지연시간 또는 처리시간 등의 항목 (기재요망)	(기재요망)	-	-	(계획서에 기재요망)
노이즈 감소 알고리즘	개	-	-	1
재활훈련용 뇌활성도 피드백 시스템	개	-	-	1

*: FPR: false positive rate

※ 상기 개발 목표치를 포함하여 개발할 검증 도구의 구체적 사양 등에 대하여 계획서 4장(연구개발의 목표 및 범위)에 표로 기재 바람.

2차년도

○ 재활훈련용 뇌활성도 피드백 시스템을 활용한 재활훈련 시, 뇌활성도 특징과 연계된 외부자극(시각 또는 소리 또는 진동 또는 물리(압력) 또는 전기 등) 구현 및 적용

- 사용자에게 2개 이상의 동작 의도 관련 뇌활성도 특징을 멀티모달 방식의 외부자극으로 피드백 구현(동작 의도 모니터링 GUI 포함. 치료사용 정보 제공 포함)

- 사용자의 동작 의도 관련 뇌활성도 특징으로, 외부자극을 사용자에게 인가하는 방법(종류, 부위, 시점 등) 설계 및 구현

- (선택사항) 로봇 움직임과 외부자극이 연동될 수 있도록 추가 생체신호(EMG 혹은 EKG 등) 활용 가능

○ 상지 또는 하지 재활로봇의 관련 동작을 수행 또는 상상 등 그와 유사한 상황에서의 재활훈련용 뇌활성도 피드백 시스템 가능성 평가 (Feasibility Test)

- 비장애인(10명 이상) 및 목표하는 뇌병변 환자(2명 이상)에 대한 시스템 활용 가능성 평가

- 평가데이터를 바탕으로 뇌활성도 특징 검출 알고리즘과 재활훈련용 뇌활성도 피드백 시스템 보완

- 평가데이터를 바탕으로 임상 현장에서 적용할 수 있는 재활훈련용 뇌활성도 피드백 시스템을 활용한 재활로봇 훈련 방법 제시

○ (선택사항) fMRI를 활용한 재활 효과 평가 준비(소수의 피험자도 가능)

○ 재활훈련용 뇌활성도 피드백 시스템 임상평가 제반사항 준비

○ 포커스 그룹 인터뷰(연 3회 이상)와 전문가 자문회의(연 3회 이상)를 통한 개선요구사항 파악 및 시스템 기능 검증과 설계 보완

○ 2차년도 평가항목

평가항목	단위	세계최고수준 (보유국, 기업)	현재국내 최고수준	개발 목표치
외부자극에 대한 뇌 활성도 피드백 적용	유/무	-	-	유
뇌활성도 특징 오검출 비율 FPR (뇌활성도 피드백 시스템 성능)	%	CVA patient 15 (miguel hernandez univ.)	-	<10 (비장애인) <30 (뇌병변환자)
뇌 신호처리 관련 지연시간 또는 처리시간 등의 항목 (기재요망)	(기재요망)	-	-	(계획서에 기재요망)
가능성 평가 (Feasibility Test)	명	-	-	≥10 (비장애인) ≥2 (뇌병변환자)
가능성 평가 보고서	건	-	-	1

※ 상기 개발 목표치를 포함하여 개발할 검증 도구의 구체적 사양 등에 대하여 계획서 4장(연구개발의 목표 및 범위)에 표로 기재 바람.

3차년도

○ 재활훈련용 뇌활성도 피드백 시스템의 임상연구 수행

- 뇌병변 환자(1~3차년도에 누적 24명 이상)를 모집하여 개발한 시스템을 이용한 재활훈련을 실시하고, 훈련 전후의 효과를 평가하여 시스템의 가능성 확인(연구계획서에 RCT 유무 등 임상관련 내용 기재요망)

- (선택사항) fMRI를 활용한 재활 효과 평가(소수의 피험자도 가능)

- 가능성 평가 결과를 바탕으로 임상 현장에서 적용할 수 있는 재활훈련용 뇌활성도 피드백 시스템을 활용한 재활로봇 훈련방법 보완

- 임상적 유효성 평가(Fugl-Meyer Assessment, Wolf Motor Function Test, Stroke Impact Scale 등)와 구축된 시스템과의 상관관계 확인

○ 재활훈련용 뇌활성도 피드백 시스템의 고도화

- 뇌활성도 특징 검출 알고리즘 및 노이즈 감소기술의 고도화

- 외부자극 적용기술의 사용성 보완을 통해 전반적인 시스템의 완성도 향상

○ 포커스 그룹 인터뷰(연 3회 이상)와 전문가 자문회의(연 3회 이상)를 통한 개선요구사항 파악 및 시스템 기능 검증과 설계 보완

○ 3차년도 평가항목

평가항목	단위	세계최고수준 (보유국, 기업)	현재국내 최고수준	개발 목표치
뇌활성도 특징 개수	개	(Ortiz. M. et al., 2020)	-	≥2
뇌활성도 특징 오검출 비율 FPR (뇌활성도 피드백 시스템 성능)	%	CVA patient 15 (miguel hernandez univ.)	-	<25 (뇌병변환자)
가능성 평가 (Feasibility Test)	명	-	-	≥24 (뇌병변환자) (2차년도포함)
가능성 평가 보고서	건	-	-	1

※ 상기 개발 목표치를 포함하여 개발할 검증 도구의 구체적 사양 등에 대하여 계획서 4장(연구개발의 목표 및 범위)에 표로 기재 바람.

추진

일정

공통

사항

※ 분기별로 과제담당자를 포함하여 국립재활원과 회의를 진행하여야 함

※ 착수보고 및 중간·연차·최종 평가를 국립재활원이 지정하는 일자에 맞춰 보고서 제출 및 발표로 수행해야 하며 국립재활원이 수시 보고를 요청할 때에는 그에 응해야 함.

※ 전년도 결과 평가에 따라 당해년도 협약이 이루어지며, 전년도의 결과가 미흡할 경우 당해연도 협약이 취소될 수 있음

※ 연구 기간 내 연구성과 사후관리 및 홍보 등 재활원의 협조 요청 시 그에 응해야 함

1차년도

○ 4월: 계약 후 착수보고 및 1차년도 kick-off 회의

○ 5월: 뇌활성도 피드백 시스템 모델 수립

○ 6월: 분기별 회의

○ 7월: 재활로봇 구성

○ 7~8월: 중간 보고

○ 9월: 뇌활성도 특징 검출 알고리즘 파일럿 테스트

○ 9월: 분기별 회의

○ 11월: 보고서 작성, 연차 평가

2차년도

○ 1월: 2차년도 kick-off 회의

○ 3월: 뇌활성도 피드백과 외부자극 모델의 접목, 비환자군 실험

○ 4월: 분기별 회의

○ 6월: 뇌활성도 피드백 검출 알고리즘 보완

○ 7월: 중간 보고

○ 9월: 뇌병변환자 가능성 평가

○ 9월: 분기별 회의

○ 11월: 연차 평가, 보고서 작성

3차년도

○ 1월: 3차년도 kick-off 회의

○ 3월~9월: 임상연구. 뇌활성도 피드백 시스템 고도화

○ 4월: 분기별 회의

○ 7월: 중간 보고

○ 9월: 분기별 회의

○ 11월: 최종 평가, 연구 결과물 정리

기대효과

○ 뇌병변 환자의 재활로봇 기반 훈련 시, 뇌활성도 피드백을 통한 재활훈련 의지를 모니터링하여 재활훈련 강도 혹은 난이도를 조절할 수 있어 효율적인 재활훈련이 가능하게 함

○ 사용자 외부자극을 통한 뇌활성도 피드백 시스템은 사용자에게 재활훈련에 대한 주의집중을 유도하고 뇌가소성을 촉진하여 효과적인 재활훈련이 가능하게 함

결과물

1차년도

○ 재활훈련용 뇌활성도 피드백 시스템 관련 자료와 문서

-  뇌활성도 피드백 시스템, 그리고 연계된 외부자극 모델 포함

- 관련 도면, 도면의 설명, 소스코드 (프로그램이 포함되어 있을 경우에 한함, 프로젝트 전체 코드, 실행파일 및 설명 포함), 부품 목록표 (Bill of Materials) 포함

- 상기 내용에 대한 관련 SW, 사용매뉴얼(제어기법 및 동작설명 포함), 시험데이터, 문제해결방법 포함

○ 테스트 결과 및 Raw 데이터(정리된 설명 포함)

○ 관련 특허출원 1건 이상

○ 연차실적·계획서

2차년도

○ 재활훈련용 뇌활성도 피드백 시스템 관련 자료와 문서

- 뇌활성도 측정을 통한 동작 의도 모니터링 GUI

- 관련 도면, 도면의 설명, 소스코드 (프로그램이 포함되어 있을 경우에 한함, 프로젝트 전체 코드, 실행파일 및 설명 포함), 부품 목록표 (Bill of Materials) 포함

- 상기 내용에 대한 관련 SW, 사용매뉴얼(제어기법 및 동작설명 포함), 시험데이터, 문제해결방법 포함

○ 뇌활성도 피드백 시스템 실험 Raw 데이터(정리된 설명 포함)

○ 뇌활성도 피드백 시스템을 이용한 재활 방법

○ 관련 특허출원 1건 이상

○ 연차실적·계획서

3차년도

○ 고도화된 재활훈련용 뇌활성도 피드백 시스템 1세트

- 로봇을 포함한 뇌활성도 피드백 시스템, 관련 도면, 도면의 설명, 소스코드 (프로그램이 포함되어 있을 경우에 한함, 프로젝트 전체 코드, 실행파일 및 설명 포함), 부품 목록표 (Bill of Materials) 포함

- 상기 내용에 대한 관련 SW, 사용매뉴얼(제어기법 및 동작설명 포함), 시험데이터, 문제해결방법 포함

○ 뇌활성도 피드백 시스템 실험 참여자 Raw 데이터(정리된 설명 포함)

○ 뇌활성도 피드백 시스템을 이용한 재활 방법

○ 최종 보고서

○ SCI(E)급 저널 논문 2편 이상 게재 (3차년도 종료 후 2년 이내)

공통

사항

※ 상기에 기술된 결과물은 만족되어야 할 기본사항으로 항목 및 수량을 추가 할 수 있다 (계획서 작성시 그대로 복사하지 말고 실현 가능성을 고려하여 계획서의 “7. 계량적인 예상 연구성과 기타부분”에 구체적으로 기재할 것).

활용계획

○ 재활로봇 기반 치료환경에서 뇌병변 환자의 재활훈련 의지를 모니터링하고 외부자극을 이용한 피드백을 통해 효과적이고 효율적인 재활훈련 보조 시스템으로 활용할 수 있음

[중개-2] 2022년도 재활로봇중개연구용역 제안요청서

(다년도)

연구과제명

운동학습 이론과 재활로봇을 적용한 중개연구

연구분야

상지 또는 하지 재활

연구형태

중개연구

과제관리자

송원경 과장

연 락 처

02-901-1901

연구기간

계약일~2024.11.30.

연구비

총 액

885,000천원

1차년도

285,000천원

2차년도

300,000천원

3차년도

300,000천원

연구목적

○ 뇌병변 환자의 재활로봇 훈련 시, 효율적인 운동학습(motor learning)을 가능하게 하도록 동기부여와 운동량, 회복기대치 등에 관련한 모델을 적용한 재활로봇 시스템 개발

연구

필요성

○ 최근의 신경계 장애가 있는 환자들에 대한 재활치료는 능동적인 학습에 초점을 맞추고 있으며 능동적인 움직임을 유도하여 기능의 호전을 기대함

○ 기존 연구에서 환자의 동기(motivation)가 회복에 중요함. 또한 뇌병변 환자가 상지 움직임에 대한 성공 경험 축적을 통해 환 측 상자 사용에 대한 자신감 및 필요성 인지가 필요함

○ 뇌병변 장애인의 동기부여 정도와 운동량을 기반으로 회복 수준을 예측하기 위한 수학적, 통계학적인 신경재활 계산모델을 통해 장애인의 회복 메커니즘 규명에 대한 시도가 늘어나고 있음

○ 운동학습에 대한 이론들에 기반하여 동기부여와 운동량, 회복기대치에 관련한 모델을 적용한 재활로봇 시스템을 개발해, 로봇을 이용할 때 좀 더 효율적인 운동학습(motor learning)이 가능하도록 만들 수 있음

연구 내용

및 방법

1차년도

○ 운동학습 이론을 모델링하고 평가할 수 있는 재활 시스템 개발 또는 개선

- 상지 또는 하지 로봇장치(Robotic device), AR/VR 기기 사용권장(자체 제작하는 모듈이 있을 경우 계획서에 기술 요망)

- 문헌조사 등을 통해 운동학습 이론에 대한 모델링 방향을 연구계획서에 제시할 것. 1차년도 종료 시점에서 구체적인 모델을 제시해야 함

- 운동학습 이론에 관련한 모델의 수립에 필요한 데이터 수집이 가능해야 하며, 향후 도출되는 모델이 재활을 위한 훈련프로그램에 적용할 수 있어야 함

- 무선 생체신호 측정 또는 물리적 자극 (전기 or 자기 or 진동 등) 피드백 기능과 추후 연동할 수 있어야 함

- 모델링과의 연계를 위해 로봇 데이터의 기록이 필요하며, 측정되는 생체신호나 물리적 자극의 데이터도 기록 가능해야 함

- 2차년도부터 권장되는 다기관에서의 데이터 수집을 위해, 복수 개의 재활시스템 제작을 권장

○ 모델 feasibility 확인을 위한 훈련데이터 수집

- 재활훈련의 동기부여와 로봇을 이용하는 운동량, 로봇의 운동 보조량, 회복 기대(예측) 정도 등에 관련한 모델이 개발되어야 함

- 선행연구에서의 운동학습 모델 대비 제안하는 모델의 차별성을 제시할 것

- 비장애인 및 장애인 대상으로 시범 적용하여 훈련시스템의 Feasibility 및 적정성 검증 방안 제안 및 검증

※ 연구대상이 되는 장애인의 질환명이나 포함기준을 연구계획서에 명확하게 제시할 것

○ 포커스 그룹 인터뷰(연 3회 이상)와 전문가 자문회의(연 3회 이상)를 통한 개선요구사항 파악 및 시스템 기능 검증과 설계 보완

○ 1차년도 평가항목

평가항목	단위	세계최고수준 (보유국, 기업)	현재국내 최고수준	개발 목표치
시제품 시스템	종	-	-	1
신경재활 모델	종	-	-	1
비장애인 연구참여자 수	명	-	-	≥10
장애인 연구참여자 수	명	-	-	≥3

※ 상기 개발 목표치를 포함하여 개발할 검증 도구의 구체적 사양 등에 대하여 계획서 4장 (연구개발의 목표 및 범위)에 표로 기재 바람.

2차년도

○ 운동학습 모델 개발을 위한 훈련데이터 수집

- 재활훈련의 동기부여와 로봇을 이용하는 운동량, 로봇의 운동 보조량, 회복 기대(예측) 정도 등에 관련한 운동학습 모델 개발을 위해 1차년도에 개발된 재활시스템을 이용해 데이터를 수집해야 함

- 1차년도에 제안한 feasibility 검증을 통해 도출된 모델의 고도화를 위한 데이터 수집 (1~3차년도에 계속 누적해서 데이터 수집, 분석 가능함)

- 1차년도의 재활시스템을 적용한 훈련을 통해 모델의 보완 또는 업데이트 수행을 포함함

- 다기관에서의 데이터 수집을 권장함

- 연구참여자 수 : 장애인 30명 이상

※ 연구참여자 수 및 산출근거를 연구계획서에 명확하게 제시할 것

※ 연구참여자수 계산 시 탈락률 고려하여 산정할 것(피험자의 중도 탈락, 부적격 또는 기타 다른 이유로 분석에서 제외된 경우는 피험자수에 포함하지 않음)

- 운동학습 모델 성능 평가를 통한 검증(validation)을 포함.

○ 포커스 그룹 인터뷰(연 3회 이상)와 전문가 자문회의(연 3회 이상)를 통한 개선요구사항 파악 및 시스템 기능 검증과 설계 보완

○ 2차년도 평가항목

평가항목	단위	세계최고수준 (보유국, 기업)	현재국내 최고수준	개발 목표치
데이터 수집 (≥30분/회)	회	-	-	≥12,000회 이상 (예시; 30명 x 20회)
신경재활 모델 검증	유/무	-	-	유
누적 장애인 연구참여자 수	명	-	-	≥30

※ 상기 개발 목표치를 포함하여 개발할 검증 도구의 구체적 사양 등에 대하여 계획서 4장 (연구개발의 목표 및 범위)에 표로 기재 바람.

3차년도

○ 운동학습 모델을 적용을 통한 재활시스템의 고도화

- 상지 사용을 활성화하고 운동량(dose)을 증대시킬 수 있는 동기부여 훈련시스템을 적용한 로봇시스템의 훈련프로그램 개발 및 개선

- 도출한 모델을 바탕으로 운동량 또는 운동 난이도 조절이 가능한 훈련프로그램 2종 이상이 개발되어야 함

- 기대하는 회복 정도 또는 현재 수행한 운동량에 따라 업데이트될 수 있어야 함

- 무선 생체신호 측정 또는 물리적 자극 (전기 or 자기 or 진동 등) 피드백 기능과 연동되어야 함

○ 1~2차년도 개발한 재활시스템을 활용하여 모델 검증

- 2차년도부터 누적 임상수 50명 이상

- 최소 20명의 장애인을 대상으로 검증함

- 재활훈련 시(예; stepping 또는 reaching and grasping) 피드백 종류와 강도에 따라 여러 가지 동기 변수(자기효능감 또는 손상 측 사용에 대한 지속성 등) 간의 관계를 분석을 포함

○ 포커스 그룹 인터뷰(연 3회 이상)와 전문가 자문회의(연 3회 이상)를 통한 개선요구사항 파악 및 시스템 기능 검증과 설계 보완

○ 3차년도 평가항목

평가항목	단위	세계최고수준 (보유국, 기업)	현재국내 최고수준	개발 목표치
누적 장애인 연구참여자 수	명	-	-	≥50
운동학습 모델을 적용한 훈련프로그램	종	-	-	≥2

※ 상기 개발 목표치를 포함하여 개발할 검증 도구의 구체적 사양 등에 대하여 계획서 4장 (연구개발의 목표 및 범위)에 표로 기재 바람.

추진

일정

공통

사항

※ 분기별로 과제담당자를 포함하여 국립재활원과 회의를 진행하여야 함

※ 착수보고 및 중간·연차·최종평가를 국립재활원이 지정하는 일자에 맞춰 보고서 제출 및 발표로 수행해야 하며 국립재활원이 수시 보고를 요청할 때에는 그에 응해야 함.

※ 전년도 결과 평가에 따라 당해년도 협약이 이루어지며, 전년도의 결과가 미흡할 경우 당해연도 협약이 취소될 수 있음

※ 연구 기간 내 연구성과 사후관리 및 홍보 등 재활원의 협조 요청시 그에 응해야 함

1차년도

○ 3월: 계약 후 착수보고 및 1차년도 kick-off 회의

○ 4월~: 재활 시스템 개발

○ 6월: 분기별 회의

○ 7~8월: 중간 보고

○ 7월~: 훈련데이터 수집

○ 9월: 분기별 회의

○ 11월: 보고서 작성, 연차 평가

2차년도

○ 1월: 2차년도 kick-off 회의

○ 1월~: 재활시스템 수립 및 상지 또는 하지 훈련데이터 수집

○ 4월: 분기별 회의

○ 7월: 중간 보고

○ 9월: 분기별 회의

○ 11월: 연차 평가, 보고서 작성

3차년도

○ 1월: 3차년도 kick-off 회의

○ 3월~11월: 재활시스템 고도화 및 검증

○ 4월: 분기별 회의

○ 7월: 중간 보고

○ 9월: 분기별 회의

○ 11월: 최종 평가, 연구 결과물 정리

기대효과

○ 운동학습에 초점을 맞춘 재활치료는 환자의 능동적이고 자발적인 움직임을 유도하여 운동기능의 회복 효과를 촉진시킬 수 있을 것으로 기대함

○ 환자 동기부여와 운동량, 회복기대치 등에 관련한 모델을 적용한 재활치료와 로봇을 융합한 재활로봇 시스템은 운동학습(motor learning)을 가능하도록 만들 수 있음

결과물

1차년도

○ 연구개발에 대한 중간보고서, 연차실적계획서

○ 개발하는 재활시스템 관련 자료

- 관련 도면, 도면의 설명, 소스코드 (프로그램이 포함되어 있을 경우에 한함, 프로젝트 전체 코드, 실행파일 및 설명 포함), 부품 목록표 (Bill of Materials) 포함

- 상기 내용에 대한 관련 SW, 사용매뉴얼(제어기법 및 동작설명 포함), 시험 및 Raw 데이터(정리된 설명 포함), 문제해결방법 포함

2차년도

○ 연구개발에 대한 중간보고서, 연차실적·계획서

○ 개발하는 재활시스템 관련 자료

- 관련 도면, 도면의 설명, 소스코드 (프로그램이 포함되어 있을 경우에 한함, 프로젝트 전체 코드, 실행파일 및 설명 포함), 부품 목록표 (Bill of Materials) 포함

- 상기 내용에 대한 관련 SW, 사용매뉴얼(제어기법 및 동작 설명 포함), 시험 및 Raw 데이터(정리된 설명 포함), 문제해결방법 포함

○ 관련 특허출원 1건 이상

3차년도

○ 연구개발에 대한 중간보고서, 최종 보고서

○ 재활시스템 최종 시제품 및 관련자료

- 재활시스템 시제품 1세트

- 관련 도면, 도면의 설명, 소스코드 (프로그램이 포함되어 있을 경우에 한함, 프로젝트 전체 코드, 실행파일 및 설명 포함), 부품 목록표 (Bill of Materials) 포함

- 상기 내용에 대한 관련 SW, 사용매뉴얼(제어기법 및 동작 설명 포함), 시험 및 Raw 데이터(정리된 설명 포함), 문제해결방법 포함

○ 관련 특허출원 1건 이상

○ SCI(E)급 저널 논문 1편 이상 게재 (3차년도 종료 후 2년 이내)

공통

사항

※ 상기에 기술된 결과물은 만족되어야 할 기본사항으로 항목 및 수량을 추가 할 수 있다 (계획서 작성시 그대로 복사하지 말고 실현 가능성을 고려하여 계획서의 “7. 계량적인 예상 연구성과 기타부분”에 구체적으로 기재할 것).

활용계획

○ 치료사들에게 환자 및 장애인의 손상 측 사용에 영향을 줄 수 있는 자기효능감을 증진 시킬 방안에 대한 교육자료로 활용 가능

○ 환자 및 장애인의 동기를 자극하는 개인맞춤형 훈련기기(재활로봇) 개발 또는 치료사의 피드백 가이드라인에 활용 가능

[중개-3] 2022년도 재활로봇중개연구용역 제안요청서 (다년도)

연구과제명

상지 또는 하지 재활로봇의 임상적 효과에 대한 중개연구

연구분야

상지 및 하지 재활

연구형태

중개연구

과제관리자

이금주 연구사

연 락 처

02-901-1916

연구기간

계약일~2024.11.30.

연구비

총 액

150,000천원

1차년도

40,000천원

2차년도

55,000천원

3차년도

55,000천원

연구

목적

○ 상지 또는 하지 재활로봇의 임상연구를 통한 임상적 유효성 검증

연구

필요성

○ 상지 또는 하지 재활 치료를 위해 개발된 재활로봇의 임상적 유효성 검증 및 치료프로토콜 개발 필요

○ 개발된 재활로봇에 대한 임상시험 결과가 적으며, 임상연구를 통한 치료 효과 규명이 필요함

○ 재활로봇의 임상적 데이터 및 치료 효과를 바탕으로 재활로봇 치료를 처방할 수 있는 근거자료 마련

연구내용

및 방법

1차년도

○ 재활로봇 유효성 검증을 위한 임상시험

- 상지 또는 하지재활로봇의 임상적 유효성을 검증할 임상연구 프로토콜 제시 필요

※ 재활로봇명, 임상시험 대상자, 질환명 그리고 계획하는 임상연구의 구체적 계획을 연구계획서에 명확하게 제시할 것. 국립보건연구원 임상연구정보서비스(CRIS)에 임상연구 정보를 등록해야함.

- 1~3차년도 동일한 프로토콜로 임상시험 계속 진행을 권장함

- 1차년도 피험자 수: 연구계획서에 제시 (총 연구 기간 내 34명 이상 목표)

※ 피험자수 계산 시 탈락률 고려하여 산정할 것 (피험자의 중도 탈락, 부적격 또는 기타 다른 이유로 분석에서 제외된 경우는 피험자 수에 포함하지 않음)

※ 목표피험자 수 산출 근거를 제시하여야 하며, 유사한 연구 또는 기존 Pilot 데이터의 power analysis 등을 통해 경향성 제시

○ 상지 또는 하지 재활로봇 중개연구 관련 문헌고찰

○ (선택사항) 고식적 물리치료방법 또는 재활기기(재활로봇) 등과 연계하여 활용할 수 있는 치료프로토콜 초안

○ 전문가 자문회의(연 3회 이상)를 통한 개선요구사항 도출 및 필요사항 보완

○ 1차년도 평가항목

평가항목	단위	세계최고수준 (보유국, 기업)	현재국내 최고수준	개발 목표치
문헌고찰 보고서	건	-	-	1
피험자 수	명	-	-	계획서에 기재
로봇개선필요사항	건	-	-	≥1
(선택사항) 로봇활용 치료프로토콜 (초안)	건	-	-	≥1

2차년도

○ 재활로봇 유효성 검증을 위한 임상시험

- 1~3차년도 동일한 프로토콜로 임상시험 계속 진행을 권장함

- 2차년도 피험자 수: 연구계획서에 제시 (총 연구 기간 내 34명 이상 목표)

※ 피험자수 계산 시 탈락률 고려하여 산정할 것 (피험자의 중도 탈락, 부적격 또는 기타 다른 이유로 분석에서 제외된 경우는 피험자 수에 포함하지 않음)

※ 과년도 목표피험자 수 미달성의 경우, 해당년도 목표피험자수를 포함하여 달성 완료해야 함

○ 상지 또는 하지 재활로봇 중개연구 관련 문헌고찰

○ (선택사항) 고식적 물리치료방법 또는 재활기기(재활로봇) 등과 연계하여 활용할 수 있는 치료프로토콜 보완

○ 전문가 자문회의(연 3회 이상)를 통한 개선요구사항 도출 및 필요사항 보완

○ 2차년도 평가항목

평가항목	단위	세계최고수준 (보유국, 기업)	현재국내 최고수준	개발 목표치
문헌고찰 보고서	건	-	-	1
누적 피험자 수	명	-	-	계획서에 기재 (1차년도 포함)
로봇개선필요사항	건	-	-	≥1
(선택사항)로봇활용 치료프로토콜 (보완)	건	-	-	≥1

3차년도

○ 재활로봇 유효성 검증을 위한 임상시험

- 1~3차년도와 동일한 프로토콜로 임상시험 계속 진행을 권장함

- 임상시험 결과에 따라 향후 임상현장에서 사용할 수 있는 재활로봇 치료프로토콜을 최종 보고서에 제안할 것

※ 고식적 물리치료방법 또는 다른 재활기기(재활로봇) 등과 연계하여 활용할 수 있는 치료 프로토콜 제시

※ 전문가 자문회의를 통해 결과 및 치료프로토콜에 대한 자체 리뷰를 진행하고 그 결과와 최종 치료프로토콜을 함께 제안해야 함

- 3차년도 피험자 수: 연구계획서에 제시 (총 연구 기간 내 34명 이상 목표)

※ 피험자수 계산 시 탈락률 고려하여 산정할 것 (피험자의 중도 탈락, 부적격 또는 기타 다른 이유로 분석에서 제외된 경우는 피험자 수에 포함하지 않음)

※ 과년도 목표피험자 수 미달성의 경우, 해당년도 목표피험자수를 포함하여 달성 완료해야 함

○ 상지 또는 하지 재활로봇 중개연구 관련 문헌고찰

○ 전문가 자문회의(연 3회 이상)를 통한 개선요구사항 도출 및 필요사항 보완

○ 3차년도 평가항목

평가항목	단위	세계최고수준 (보유국, 기업)	현재국내 최고수준	개발 목표치
문헌고찰 보고서	건	-	-	1
누적 피험자 수	명	-	-	≥34 (1~2차년도 포함)
로봇개선필요사항	건	-	-	≥1
로봇활용 치료프로토콜 제시	건	-	-	≥1

추진

일정

공통

사항

※ 분기별로 과제담당자를 포함하여 국립재활원과 회의를 진행하여야 함

※ 착수보고 및 중간·연차·최종평가를 국립재활원이 지정하는 일자에 맞춰 보고서 제출 및 발표로 수행해야 하며 국립재활원이 수시 보고를 요청할 때에는 그에 응해야 함.

※ 전년도 결과 평가에 따라 당해년도 협약이 이루어지며, 전년도의 결과가 미흡할 경우 당해연도 협약이 취소될 수 있음

※ 연구 기간 내 연구성과 사후관리 및 홍보 등 재활원의 협조 요청시 그에 응해야 함

1차년도

○ 3월: 계약 후 착수보고 및 연구개시모임

○ 4~10월: 문헌고찰을 통한 평가변수, 임상시험 프로토콜 확립/IRB 승인, CRIS 임상연구 등록 등 제반사항 완료, 임상연구 수행

○ 6월: 분기별 회의

○ 7~8월: 중간 보고

○ 9월: 분기별 회의

○ 11월: 연차 평가

○ 12월: 연구 데이터 및 자료 분석

2차년도

○ 1월: 2차년도 kick-off 회의

○ 4월: 분기별 회의

○ 1~12월: 임상연구 수행

○ 7월: 중간 보고

○ 9월: 분기별 회의

○ 11월: 연차 평가

3차년도

○ 1월: 3차년도 kick-off 회의

○ 4월: 분기별 회의

○ 1~11월: 임상연구 수행

○ 7월: 중간 보고

○ 9월: 분기별 회의

○ 11월: 연구 데이터 및 자료 분석

○ 11월: 최종 평가

기대효과

○ 재활로봇의 임상적 유효성 기반 재활치료 프로토콜 확립

○ 축적된 데이터를 바탕으로 기능회복 예후를 예측하는 알고리즘 개발 등에 활용 가능

○ 로봇재활치료 수가화를 위한 근거자료로 향후 활용 가능

결과물

1차년도

○ 연구개발에 대한 중간보고서, 연차실적·계획서

- 재활로봇개선 요구사항 도출항목, 문헌고찰 보고서 포함

○ (선택사항) 로봇활용 치료프로토콜 (초안)

2차년도

○ 연구개발에 대한 중간보고서, 연차실적·계획서

- 재활로봇개선 요구사항 도출항목, 문헌고찰 보고서 포함

○ (선택사항) 로봇활용 치료프로토콜 (보완)

3차년도

○ 연구개발에 대한 최종보고서

○ 상지 또는 하지재활로봇의 임상적 유효성 기반 재활치료 프로토콜 (재활로봇 임상프로토콜 제안, 재활로봇개선 요구사항 도출항목, 문헌고찰 보고서 포함)

○ SCI(E)급 저널 논문 1편 이상 게재 (3차년도 종료 후 2년 이내)

공통

사항

○ Clinical trial number 또는 CRIS 임상연구 등록번호

※ 상기에 기술된 결과물은 만족되어야 할 기본사항으로 항목 및 수량을 추가 할 수 있다 (계획서 작성시 그대로 복사하지 말고 실현 가능성을 고려하여 계획서의 “7. 계량적인 예상 연구성과 기타부분”에 구체적으로 기재할 것).

활용계획

○ 재활로봇에 적합한 재활대상자 선정 및 예측모델 구축을 통해 향후 치료와 임상연구 등에 활용

○ 국내 신의료기술평가 등 수가화를 위한 근거자료 활용

[중개-4] 2022년도 재활로봇중개연구용역 제안요청서 (다년도)

연구과제명

보행장애 소아에서 보행 재활로봇 간의 임상효과 비교 중개연구

연구분야

하지 재활

연구형태

중개연구

과제관리자

이정아 연구사

연 락 처

02-901-1915

연구기간

계약일~2024.11.30.

연구비

총 액

150,000천원

1차년도

40,000천원

2차년도

55,000천원

3차년도

55,000천원

연구

목적

○ 보행장애를 가진 중추신경계 손상 소아에서, 보행능력 및 신체기능 증진을 위한 보행로봇 재활훈련의 프로토콜 정립 및 임상효과 검증

- 2종 이상의 재활로봇을 사용해 보행훈련의 효과를 비교

- 근위약 정도 및 보행 능력 등에 따른 하위그룹 분석을 통하여, 아동 상태에 따라 효과적인 보행로봇 훈련프로그램 정립

연구

필요성

○ 중추신경계 손상 아동에서 보행 보조 재활로봇의 적용

- 중추신경계 손상 이후 기능 회복을 위해서는 지속적이고 반복적인 훈련이 중요하며, 이를 통해 신경가소성을 유발하고 증진시킬 수 있음. 중추신경계 손상으로 보행장애를 보이는 아동에서, 보행능력 및 신체기능의 향상을 위한 첨단 로봇공학 기술이 적용된 로봇 재활치료의 중요성은 점차 증대되고 있음

○ 보행 로봇의 형태에 따른 보행훈련의 효과

- 소아 보행장애의 대부분을 차지하는 불완전 마비의 경우, 근위약 및 보행능력 상태에 따라 어떤 타입의 로봇 보행훈련이 더 효과적인지 연구가 필요함. 이에 보행능력 및 신체기능 증진을 위한 로봇훈련의 임상적 효과를 규명하고, 최적의 치료효과를 얻기 위한 훈련프로토콜의 정립이 요구됨

연구내용

및 방법

1차년도

○ 보행장애를 가진 중추신경계 손상 소아에서 보행능력 증진을 위한 로봇재활훈련의 임상적 효과 비교

- 2종 이상의 재활로봇을 각각 이용한 보행훈련의 효과를 비교

- 각 재활로봇의 유효성을 비교할 임상연구 프로토콜 제시 필요

※ 재활로봇명, 임상시험 대상자 포함기준, 그리고 계획하는 임상연구의 구체적 계획을 연구계획서에 명확하게 제시할 것. 국립보건연구원 임상연구정보서비스(CRIS)에 임상연구 정보를 등록해야함.

- 1~3차년도 동일한 프로토콜로 임상시험 계속 진행을 권장함

- 1차년도 피험자 수: 연구계획서에 제시 (총 연구기간 내 34명 이상을 목표)

※ 피험자수 계산 시 탈락률 고려하여 산정할 것 (피험자의 중도 탈락, 부적격 또는 기타 다른 이유로 분석에서 제외된 경우는 피험자 수에 포함하지 않음)

※ 목표피험자 수 산출 근거를 제시하여야 하며, 유사한 연구 또는 기존 Pilot 데이터의 power analysis 등을 통해 경향성 제시

○ 보행장애를 가진 중추신경계 손상 소아 대상 재활로봇 관련 문헌고찰

○ 로봇보행 훈련에 따른 생체신호(뇌신호, 근육신호, PPG 등) 측정(1종 이상)

- 보행훈련에 따른 생체신호를 모니터링하여 각 로봇 이용 시의 차이점 비교

※ 본 항목을 포함하여 임상연구 계획 시 측정하려는 생체신호와 해당 신호를 통한 능동적 훈련 참여도 분석 계획 등을 연구계획서에 명확하게 제시할 것.

○ 1차년도 평가항목

평가항목	단위	세계최고수준 (보유국, 기업)	현재국내 최고수준	개발 목표치
문헌고찰 보고서	건	-	-	1
피험자 수	명	-	-	(계획서에 제시요망)
로봇개선 필요사항	건	-	-	≥1
(선택사항)로봇활용 치료프로토콜 (초안)	건	-	-	≥1
생체신호	종	-	-	≥1

2차년도

○ 보행장애를 가진 중추신경계 손상 소아에서 보행능력 증진을 위한 로봇재활훈련의 임상적 효과 비교

- 1~3차년도 동일한 프로토콜로 임상시험 계속 진행을 권장함

- 2차년도 피험자 수: 연구계획서에 제시 (총 연구기간 내 34명 이상을 목표)

※ 피험자수 계산 시 탈락률 고려하여 산정할 것 (피험자의 중도 탈락, 부적격 또는 기타 다른 이유로 분석에서 제외된 경우는 피험자 수에 포함하지 않음)

※ 과년도 목표피험자 수 미달성의 경우, 해당년도 목표피험자수를 포함하여 달성 완료해야 함

○ 보행장애를 가진 중추신경계 손상 소아 대상 재활로봇 관련 문헌고찰

○ 로봇보행 훈련에 따른 생체신호(뇌신호, 근육신호, PPG 등) 측정(1종 이상)

- 보행훈련에 따른 생체신호를 모니터링하여 각 로봇 이용 시의 차이점 비교

※ 본 항목을 포함하여 임상연구 계획 시 측정하려는 생체신호와 해당 신호를 통한 능동적 훈련 참여도 분석 계획 등을 연구계획서에 명확하게 제시할 것.

○ 2차년도 평가항목

평가항목	단위	세계최고수준 (보유국, 기업)	현재국내 최고수준	개발 목표치
문헌고찰 보고서	건	-	-	1
누적 피험자 수	명	-	-	(계획서에 제시요망) (1차년도 포함)
로봇개선 필요사항	건	-	-	≥1
(선택사항)로봇활용 치료프로토콜 (보완)	건	-	-	≥1
생체신호	종	-	-	≥1

3차년도

○ 보행장애를 가진 중추신경계 손상 소아에서 보행능력 증진을 위한 로봇재활훈련의 임상적 효과 비교

- 1~3차년도 동일한 프로토콜로 임상시험 계속 진행을 권장함

- 향후 임상현장에서 사용할 수 있는 재활로봇별 치료프로토콜을 최종 보고서에 제안할 것

※  다른 재활기기(재활로봇) 또는 고식적 물리치료방법 등과 연계하여 활용할 수 있는 치료 프로토콜 제시

- 3차년도 피험자 수: 연구계획서에 제시 (총 연구기간 내 34명 이상을 목표)

※ 피험자수 계산 시 탈락률 고려하여 산정할 것 (피험자의 중도 탈락, 부적격 또는 기타 다른 이유로 분석에서 제외된 경우는 피험자 수에 포함하지 않음)

※ 과년도 목표피험자 수 미달성의 경우, 해당년도 목표피험자수를 포함하여 달성 완료해야 함

○ 보행장애를 가진 중추신경계 손상 소아 대상 재활로봇 관련 문헌고찰

○ 로봇보행 훈련에 따른 생체신호(뇌신호, 근육신호, PPG 등) 측정(1종 이상)

- 보행훈련에 따른 생체신호를 모니터링하여 각 로봇 이용 시의 차이점 비교

※ 본 항목을 포함하여 임상연구 계획 시 측정하려는 생체신호와 해당 신호를 통한 능동적 훈련 참여도 분석 계획 등을 연구계획서에 명확하게 제시할 것.

평가항목	단위	세계최고수준 (보유국, 기업)	현재국내 최고수준	개발 목표치
문헌고찰 보고서	건	-	-	1
누적 피험자 수	명	-	-	≥34 (1,2차년도 포함)
로봇개선 필요사항	건	-	-	≥1
로봇활용 치료프로토콜 제시	건	-	-	≥1
생체신호	종	-	-	≥1

○ 3차년도 평가항목

추진

일정

공통

사항

※ 분기별로 과제담당자를 포함하여 국립재활원과 회의를 진행하여야 함

※ 착수보고 및 중간·연차·최종평가를 국립재활원이 지정하는 일자에 맞춰 보고서 제출 및 발표로 수행해야 하며 국립재활원이 수시 보고를 요청할 때에는 그에 응해야 함.

※ 전년도 결과 평가에 따라 당해년도 협약이 이루어지며, 전년도의 결과가 미흡할 경우 당해연도 협약이 취소될 수 있음

※ 연구 기간 내 연구성과 사후관리 및 홍보 등 재활원의 협조 요청시 그에 응해야 함

1차년도

○ 3월: 계약 후 착수보고 및 연구개시모임

○ 4~7월: 문헌고찰을 통한 목표피험자 수 산출, 평가변수, 치료프로토콜 확립/IRB 승인, CRIS 임상연구 등록

○ 6월: 분기별 회의

○ 7~8월: 중간 보고

○ 7~12월: 임상연구 수행 / 자료 분석

○ 9월: 분기별 회의

○ 11월: 보고서 작성, 연차평가

2차년도

○ 1월: 2차년도 kick-off 회의

○ 4월: 분기별 회의

○ 1~12월: 임상연구 수행 / 자료 분석

○ 7월: 중간 보고

○ 9월: 분기별 회의

○ 11월: 보고서 작성, 연차평가

3차년도

○ 1월: 3차년도 kick-off 회의

○ 4월: 분기별 회의

○ 1~11월: 임상연구 수행 / 자료 분석

○ 7월: 중간 보고

○ 9월: 분기별 회의

○ 11월: 최종평가, 연구결과물 정리

기대효과

○ 보행 재활로봇의 임상효과가 규명된다면, 이를 통한 중추신경계 손상 소아 환자의 기능 회복을 통한 삶의 질 증진 및 사회적 부담 경감효과

결과물

1차년도

○ 연구개발에 대한 중간보고서, 연차실적·계획서

- 재활로봇 개선 요구사항 도출항목, 문헌고찰 보고서 포함

○ (선택사항) 로봇활용 치료프로토콜 (초안)

2차년도

○ 연구개발에 대한 중간보고서, 연차실적·계획서

- 재활로봇 개선 요구사항 도출항목, 문헌고찰 보고서 포함

○ (선택사항) 로봇활용 치료프로토콜 (보완)

3차년도

○ 연구개발에 대한 최종 보고서

○ 보행보조로봇의 임상적 유효성 기반 재활치료 프로토콜 확립 (재활로봇 임상프로토콜 제안, 재활로봇개선 요구사항 도출항목, 문헌고찰 보고서 포함)

○ SCI(E)급 저널 논문 1편 이상 게재 (3차년도 종료 후 2년 이내)

공통

사항

○ Clinical trial number 또는 CRIS 임상연구 등록번호

※ 상기에 기술된 최종 결과물은 만족되어야 할 기본사항으로 항목 및 수량을 추가 할 수 있다 (계획서 작성시 그대로 복사하지 말고 실현 가능성을 고려하여 계획서의 “7. 계량적인 예상 연구성과 기타부분”에 구체적으로 기재할 것).

활용계획

○ 보행장애 소아의 기능 상태에 따른 개별화된 정밀한 로봇 보행 재활훈련을 제공하고, 그 효과를 과학적으로 입증함으로써, 보행 재활로봇의 적용 및 보급 확대

[중개-5] 2022년도 재활로봇중개연구용역 제안요청서 (다년도)

연구과제명

일상생활 동작을 모사하기 위한 착용형 상지 재활운동 장치의 신뢰성과 성능 향상 및 인허가

연구분야

상지 재활로봇,

일상생활 보조로봇

연구형태

중개연구

과제관리자

송원경 과장

연 락 처

02-901-1901

연구기간

계약일~2024.11.30.

연구비

총 액

440,000천원

1차년도

150,000천원

2차년도

140,000천원

3차년도

150,000천원

연구

목적

○ 편마비 등의 장애로 인하여 상지의 운동/감각능력이 약한 사람에게 일상생활과 관련된 상지 운동을 도와줄 수 있는 착용형 상지 재활운동 로봇의 신뢰성 및 성능향상에 대한 기술개선, 의료기기 인허가 획득, 차별화된 기능 확보를 위한 중개연구

연구

필요성

○ 3차원 공간에서 상지를 움직일 수 있고, 위치/속도/힘 제어가 가능하며, 능동 보조(Active-Assisted) 모드에서 운동이 가능한 착용형 상지 재활로봇에 대한 기술개선, 시험검사, 인허가에 대한 중개연구 필요

○ 착용형 상지 재활로봇에서 임상시험에 활용될 수 있는 플랫폼 및 디지털 트윈의 적용을 통해 기술적 차별성 확보 필요

연구내용

및 방법

1차년도

○ 3차원 공간에서 상지 움직임에 대한 능동 보조 운동 모드를 포함한 보급형 상지 재활로봇의 기술적 개선

※ 기존에 확보한 기술을 바탕으로 진행 권장 함

- 착용형 상지 재활운동 로봇의 경량화, 내구성 개선 고려 설계  착용형 상지 재활운동 로봇의 동작 신뢰성, 내구성 확보. 위험요소 대응 지표 도출

- 로봇팔은 전기모터로 구동되며 능동보조(Active-assisted) 모드의 제어가 가능한, 손목의 1자유도 이상 운동과 팔꿈치의 1자유도 운동을 포함

- 어깨운동은 기본적으로 2자유도의 움직임이 가능하도록 구성되며, 전기모터 등을 사용하지 않고 스프링, 베어링, 고무줄 등 수동소자로 구성할 수 있음

- 전기모터로 구동되며 Open/Close 1자유도 이상의 운동이 가능한 Power Grasp 기능 또는 유사기능을 가진 손 모듈

- 능동 보조(Active-Assisted) 기능과 팔의 움직임에 대한 피드백 기능으로 훈련할 수 있는 구조 구현/개선. 시각, 청각, 힘 피드백이 적용된 일상생활과 비슷한 환경의 몰입감이 있는 상지재활환경 제공(모니터에 표시되는 시각피드백 모듈 포함. 목표위치, 손위치 등을 구로 표현되는 뻗기 운동이 구현되어야 하고 추가적으로 다양한 게임을 권장함)

- ‘좌우팔 겸용’ 권장함. 필요시 일부분은 편측 전용으로 구성

○ 사용성 평가를 통한 착용형 상지 재활운동 로봇 수정 및 보완을 통해 사용자 편의성 개선

- 각 팔꿉/손목/손 모듈은 개별 동작이 가능하고, 전체 시스템 동작 가능해야 함

○ 의료기기 규격 기준의 전자파 적합성 시험검사 및 전기·기계적 안전성 시험검사 준비 및 기술문서 작성 또는 업데이트

- 의료기기 등급, 품목명 확인 포함

- 현실적 일정 수립 및 관리 추진

○ 상지 재활운동 로봇 임상시험에 활용될 수 있는 플랫폼 구현 (임상에서 필요한 데이터 저장 기능 포함. 다수의 장치 제작 권장)

○ 디지털 트윈의 기술 적용 안 수립 및 기본 구현 (예, 사용자가 로봇을 착용하고 운동 및 치료 훈련 방법을 실시간으로 디스플레이. 재활운동 유형, 강도, 난이도 추천 등)

※ 로봇 시스템의 인허가와 디지털 트윈 기반 재활운동 프로그램 개발은 별도 진행 가능

○ 포커스 그룹 인터뷰(연 3회 이상)와 전문가 자문회의(연 3회 이상)를 통한 개선요구사항 파악 및 시스템 기능 검증과 설계 보완

○ 1차년도 평가항목

평가항목		단위	세계최고수준 (보유국, 기업)	현재국내 최고수준	개발 목표치
로봇 시스템 무게	전체 시스템	kg	205 (스위스, H社)	-	≤ 30
	착용되는 로봇		-	-	≤ 3
팔꿉/손목 관절 자유도 (전기구동)		DOF	1/1	-	팔꿉 DOF ≥ 1 손목 DOF≥ 1
손 관절 자유도		DOF	1 (스위스, H社)		≥ 1
시각/청각 피드백 기능		유/무	유 (스위스, H社)	-	유
ROM (전기 모터)		°	-	-	Wrist Supination/Pronation –80 ~ 80 Elbow Flexion/Extension 5 ~ 120
손 관절 운동 (On/Off 운동)		유/무	-	-	유
로봇 추종 오차 (수동 재활운동)		°	-	-	Wrist : 100ms 기준 5 이내 Elbow : 100ms 기준 5 이내
전체 크기		mm	-		≤800×200×200
팔굽/손목의 능동보조모드 구현		유/무	-		유
사용성 평가 (대상자 수)		건 (명)	-	-	≥ 1 (≥5)
디지털 트윈 관련 평가항목 추가 바람		건	-	-	(계획서에 기재요망)

2차년도

○ 상지 재활운동 로봇 공인시험검사 및 개선

- 전자파 적합성 및 전기·기계적 안전성 공인시험검사 완료

- 의료기기 기술문서 심사를 위한 사용적합성 평가 완료

※ 임상연구 진입 활성화를 위한 인허가 추진이 필요하며, 인허가용 시험검사를 진행해야 함. 원활한 진행을 위한 인허가 컨설팅 가능

※ 본 과제는 기업체가 반드시 참여해야 함(참여기관으로 기업이 참여하는 경우에는 역할 및 산출물을 명확히 기재하여야 함)

○ 상지 재활운동 로봇의 효과를 검증하기 위한 임상시험 수행 플랫폼 적용 (임상에서 필요한 데이터 저장 기능 포함)

○ 디지털 트윈 기반의 착용형 상지 재활운동 로봇 고도화

○ 포커스 그룹 인터뷰(연 3회 이상)와 전문가 자문회의(연 3회 이상)를 통한 개선요구사항 파악 및 시스템 기능 검증과 설계 보완

○ 2차년도 평가항목

평가항목	단위	세계최고수준 (보유국, 기업)	현재국내 최고수준	개발 목표치
전자파 적합성 시험검사	Pass/Fail	-	-	Pass
전기·기계적 안전성 시험검사	Pass/Fail	-	-	Pass
사용성 평가 (대상자 수)	건 (명)	-	-	≥ 1 (≥5)
사용 적합성 평가 (인허가 용)	건	-	-	1
디지털 트윈 적용 기술 (재활운동 로봇)	건	-	-	≥ 1
디지털 트윈 관련 평가항목 추가 바람	건	-	-	(계획서에 기재요망)

3차년도

○ 상지 재활운동 로봇 인허가 진행

- 의료기기 인증 관련 문서 및 시험검사 대응

※ 임상연구 진입 활성화를 위한 인허가 추진이 필요함. 원활한 진행을 위한 인허가 컨설팅 가능.

※ 본 과제는 기업체가 반드시 참여해야 함(참여기관으로 기업이 참여하는 경우에는 역할 및 산출물을 명확히 기재하여야 함)

○ 디지털 트윈 기반의 상지 재활운동 프로그램 적용

※ 로봇 시스템의 인허가와 디지털 트윈 기반 재활운동 프로그램 개발은 별도 진행 가능

○ 상지 재활운동 로봇의 안전성, 효과 등을 검증하기 위한 사용성평가 또는 임상시험 수행

- 상지 재활운동 로봇 임상시험에 활용될 수 있는 플랫폼 활용을 통한 데이터 수집 포함

○ 포커스 그룹 인터뷰(연 3회 이상)와 전문가 자문회의(연 3회 이상)를 통한 개선요구사항 파악 및 시스템 기능 검증과 설계 보완

○ 3차년도 평가항목

평가항목	단위	세계최고수준 (보유국, 기업)	현재국내 최고수준	개발 목표치
인허가	Pass /Fail	-	-	Pass
임상평가 플랫폼 기능	종	-	-	≥ 1
디지털 트윈 적용기술 (재활운동 로봇)	건	-	-	≥ 1
디지털 트윈 적용에 대한 사용성 평가 (대상자 수)	건 (명)	-	-	≥ 1 (≥5)
디지털 트윈 관련 평가항목 추가 바람	건	-	-	(계획서에 기재요망)

추진

일정

공통

사항

※ 분기별로 과제담당자를 포함하여 국립재활원과 회의를 진행하여야 함

※ 착수보고 및 중간·연차·최종평가를 국립재활원이 지정하는 일자에 맞춰 보고서 제출 및 발표로 수행해야 하며 국립재활원이 수시 보고를 요청할 때에는 그에 응해야 함

※ 전년도 결과 평가에 따라 당해년도 협약이 이루어지며, 전년도의 결과가 미흡할 경우 당해연도 협약이 취소될 수 있음

※ 연구 기간 내 연구성과 사후관리 및 홍보 등 재활원의 협조 요청시 그에 응해야 함

1차년도

○ 3~4월: 착수보고, 기존 착용형 상지 로봇의 개선사항 검토

○ 3~6월: 착용형 상지 로봇의 성능향상을 위한 HW/SW 1차 개선 및 사용성 평가

○ 6월: 분기별 회의

○ 7~8월: 중간 보고

○ 7~10월: 착용형 상지 로봇의 성능향상을 위한 HW/SW 2차 개선 및 사용성 평가

○ 9월: 분기별 회의

○ 9~12월: 공인시험 검사 준비 (전기·기계적 안전성, 전자파 적합성)

○ 11월: 연차 평가

2차년도

○ 1월: 2차년도 Kick-off 회의

○ 1~9월: 상지 로봇의 전자파 적합성 시험검사 및 전기·기계적 안전성 시험검사 실시

○ 4월: 분기별 회의

○ 3~6월: 디지털 트윈 기반의 프로그램 구현

○ 7월: 중간 보고

○ 7~11월: 디지털 트윈 기반의 착용형 상지 로봇 적용

○ 9~12월: 임상시험 평가를 위한 플랫폼 구축. 임상시험 또는 사용성 평가 실시

○ 9월: 분기별 회의

○ 11월: 연차 평가

3차년도

○ 1월: 3차년도 Kick-off 회의

○ 1~9월: 최종 시제품 개선

○ 2~9월: 상지 로봇의 인허가 진행

○ 4월: 분기별 회의

○ 4~5월: 로봇 임상시험 또는 사용성 평가 진행

○ 7월: 중간 보고

○ 9월: 분기별 회의

○ 11월: 최종 평가

기대효과

○ Shoulder-Elbow-Wrist에서 Grip까지 통합된 움직임을 통한 재활훈련 시스템의 적용

○ 병원뿐만 아니라 가정에서도 상지 운동을 수행할 수 있는 단순한 일상생활 보조 로봇 시스템의 실제 임상 적용 및 상용화

○ 저렴하면서 간단하고 가벼워서 근력이 약한 사람도 상지 운동을 할 수 있고, 신체의 크기나 왼팔/오른팔 등 다양한 대상자에 적용이 간편한 착용형 외골격 타입의 내구성이 좋은 상지 재활 기구 및 로봇 개발

○ 디지털 트윈 기반의 착용형 상지 재활운동 로봇 연구를 통한 사용 편의성 제고 및 맞춤형 서비스 기반 마련

결과물

1차년도

○ 연구개발에 대한 중간보고서, 연차실적계획서

○ 상지 재활로봇 프로토타입 관련 자료

- 관련 도면, 도면의 설명, 소스코드 (프로그램이 포함되어 있을 경우에 한함, 프로젝트 전체 코드, 실행파일 및 설명 포함), 부품 목록표 (Bill of Materials) 포함

- 상기 내용에 대한 관련 SW, 사용매뉴얼(제어기법 및 동작설명 포함), 시험 및 Raw 데이터(정리된 설명 포함), 문제해결방법 포함

○ 디지털 트윈 적용 (안) 시나리오

2차년도

○ 연구개발에 대한 중간보고서, 연차실적·계획서

○ 상지 재활로봇에 대한 전자파 적합성 시험검사 성적서 1부 및 전기·기계적 안전성 시험검사 성적서 1부

○ 상지 재활로봇에 대한 사용 적합성 평가보고서 1부

○ 시제품과 디지털 트윈 프로그램 관련 자료

- 관련 도면, 도면의 설명, 소스코드 (프로그램이 포함되어 있을 경우에 한함, 프로젝트 전체 코드, 실행파일 및 설명 포함), 부품 목록표 (Bill of Materials) 포함

- 상기 내용에 대한 관련 SW, 사용매뉴얼(제어기법 및 동작설명 포함), 시험 및 Raw 데이터(정리된 설명 포함), 문제해결방법 포함

○ 관련 특허출원 1건 이상

3차년도

○ 연구개발에 대한 중간보고서, 최종 보고서

○ 재활로봇 시제품에 대한 의료기기 인허가 관련 서류

○ 재활로봇 최종 시제품 (오른팔 왼팔 겸용이 아닌 경우는 오른팔 1종, 왼팔 1종을 제공하여야 함)

○ 시제품과 디지털 트윈 프로그램 관련 자료

- 관련 도면, 도면의 설명, 소스코드 (프로그램이 포함되어 있을 경우에 한함, 프로젝트 전체 코드, 실행파일 및 설명 포함), 부품 목록표 (Bill of Materials) 포함

- 상기 내용에 대한 관련 SW, 사용매뉴얼(제어기법 및 동작 설명 포함), 시험 및 Raw 데이터(정리된 설명 포함), 문제해결방법 포함

○ 관련 특허출원 1건 이상

○ SCI(E)급 저널 논문 1편 이상 게재 (3차년도 종료 후 2년 이내)

공통

사항

※ 상기에 기술된 결과물은 만족되어야 할 기본사항으로 항목 및 수량을 추가 할 수 있다 (계획서 작성시 그대로 복사하지 말고 실현 가능성을 고려하여 계획서의 “7. 계량적인 예상 연구성과 기타부분”에 구체적으로 기재할 것).

활용계획

○ 의료기기 인허가를 통한 재활로봇 활용 여건 확대

○ 병원뿐만 아니라 가정에서 사용할 수 있는 상지 재활로봇 보급

○ 병원용, 가정용 로봇 시장 창출 가능성 제시

○ 본 과제기간 내에 인허가가 완료되면 필요 시 추가적 과제로 임상시험 과제로 연계될 수 있음

○ 디지털 트윈 기술 적용을 통한 상지 재활운동 로봇 활용성 향상

[중개-6] 2022년도 재활로봇중개연구용역 제안요청서 (다년도)

연구과제명

재활로봇의 안전성과 성능향상을 위한 제어 알고리즘 고도화 중개연구

연구분야

상지 또는 하지

연구형태

중개연구

과제관리자

송원경 과장

연 락 처

02-901-1901

연구기간

계약일~2023.11.30.

연구비

총 액

290,000천원

1차년도

140,000천원

2차년도

150,000천원

연구

목적

○ 로봇을 이용한 재활에서 로봇이 필요한 보조력을 정확히 제공할 수 있는 강인하며, 필요한 만큼만 보조하는(Assist-as-needed: AAN) 제어기법 개발

○ 다차원적인 운동능력 및 훈련 결과 평가방안 마련 (Kinematics: 위치, 속도, 가속도, 저크 등)과 Baseline data 확보

연구

필요성

○ 선행 기술과 차별화/고도화된 기술을 적용한 재활로봇을 개발하여 임상연구의 플랫폼으로 활용하는 것이 필요

○ 비례-적분-미분 (Proportional-Integral-Derivative: PID) 제어 등을 사용하여 제어되는 로봇은 로봇 자체의 비선형성이 고려되지 않아 필요만 만큼의 정확한 보조력이 적용되기 어려움

○ 로봇의 동역학 모델 사용을 가급적 최소화하면서도 로봇 자체의 비선형성을 잘 보상할 수 있는 간단하고 강인한 보조력 제어 알고리즘 필요

○ 설계된 기준궤적에 비해 사용자가 앞서 나갈 경우, 보조력이 아닌 저항력(resistive force)을 가할 수 있음. 이를 억제할 수 있는 제어 방법이 필요

연구내용

및 방법

1차년도

○ 재활로봇의 필요한 만큼만 보조하는(Assist-as-needed) 제어기술 개발

- 제어기술 테스트베드가 될 2자유도 이상의 로봇장치 구현

- 2종 이상의 운동(예: point-to-point, circular movement 등) 각각에 대해 필요한 상황에 맞춰 선택적으로 보조력을 줄 수 있도록 함 (Assist-as-needed)

- 제어기의 로봇 동역학 모델 사용 최소화를 지향해야 함

- 기존에 사용 중인 재활로봇과 동일한 대상으로 하는 것을 권장함

※ 실제 적용할 재활로봇과 대상 로봇의 알려진 제어 성능, 참고 문헌 등은 계획서에 명시 요망

○ 개발하는 제어기술에 대한 가능성 평가

- Assist-as-needed 제어기가 필요한 상황에서 기존 제어기 대비 적절하게 보조력을 제공하는지를 비교 평가

- 10명 이상의 비장애인을 대상으로 10회 이상 반복 평가를 진행

- 사용자에게 주어지는 보조력과 마찰력을 측정, 평가해야 함

- 뇌병변 장애인의 경직, 경기 등의 특성을 고려한 다양한 상황을 정의하고 해당 상황에 대한 테스트 수행

○ 포커스 그룹 인터뷰(연 3회 이상)와 전문가 자문회의(연 3회 이상)를 통한 개선요구사항 파악 및 시스템 기능 검증과 설계 보완

○ 1차년도 평가항목

평가항목	단위	세계최고수준 (보유국, 기업)	현재 국내 최고수준	개발목표치
Assist-as-needed	유/무	-	-	유
최대보조력 (또는 최대토크 등의 항목 기재요망)	(기재요망)	28N (미국, Bionik) (참고)	-	(정규화된 최대 보조력 등 상세 목표를 계획서에 기재요망)
최대마찰력	N	(미국, Bionik) 4.5	-	≤4.5
비장애인 대상 가능성 평가	명	-	-	≥10

※ 상기 개발 목표치를 포함하여 개발할 제어기의 구체적 성능 등에 대하여 계획서 4장 (연구개발의 목표 및 범위)에 표로 기재 바람

2차년도

○ 재활로봇 필요한 만큼만 보조하는(Assist-as-needed) 제어기술 고도화

- 1차년도에 사용한 로봇시스템을 그대로 계속 활용

- 로봇 사용자의 운동능력에 따라 맞춤형 보조가 될 수 있도록 보조력 단계 조정이 가능해야 함

- (선택사항) 재활 과정에서 사용자에게 필요 시 의도적으로 저항력을 생성해 줄 수 있는 저항운동 모드의 개발을 권장함

- 로봇에 적용하는 AAN 제어기의 안전성 향상 도모 방안 개발을 포함 (예: 포화(saturation) 방지를 위한 적분누적방지(Anti-windup) 기법 등)

○ 정량적이고 객관적인 평가 보조척도 선정 및 적용

- Kinematics(위치, 속도, 가속도, 저크 등)에 또는 kinetics(로봇 관절 토크, 로봇과 사용자 간 상호작용 힘 등)에 기반한 다차원 평가 결과 제시방안 마련

○ 개발하는 제어기술에 대한 가능성 평가

- 필요한 만큼만 보조하는 제어기가 필요한 상황에서 기존 제어기 대비 적절하게 보조력을 제공하는지를 비교 평가

- 3명 이상의 뇌병변 장애인을 대상으로 5회 이상 반복 평가를 진행

- 사용자에게 주어지는 보조력과 저항력을 측정, 평가해야 함

- 다양한 상황을 정의하고 해당 상황에 대한 테스트 수행

○ 포커스 그룹 인터뷰(연 3회 이상)와 전문가 자문회의(연 3회 이상)를 통한 개선요구사항 파악 및 시스템 기능 검증과 설계 보완

○ 2차년도 평가항목

평가항목	단위	세계최고수준 (보유국, 기업)	현재 국내 최고수준	개발목표치
안전성 향상 방안	유/무	-	-	유
Assist-as-needed	유/무	-	-	유
제어시 최대마찰력	N	(미국, Bionik) 4.5	-	≤4.5
(선택사항) 저항운동 모드	유/무	-	-	유
제어기법의 로봇 전체모델 사용여부	유/무	-	-	무
뇌병변 장애인 기준자료	명	-	-	≥3

※ 상기 개발 목표치를 포함하여 개발할 제어기의 구체적 성능 등에 대하여 계획서 4장 (연구개발의 목표 및 범위)에 표로 기재 바람.

추진

일정

공통

사항

※ 분기별로 과제담당자를 포함하여 국립재활원과 회의를 진행하여야 함

※ 착수보고 및 중간·연차·최종평가를 국립재활원이 지정하는 일자에 맞춰 보고서 제출 및 발표로 수행해야 하며 국립재활원이 수시 보고를 요청할 때에는 그에 응해야 함

※ 전년도 결과 평가에 따라 당해년도 협약이 이루어지며, 전년도의 결과가 미흡할 경우 당해연도 협약이 취소될 수 있음

※ 연구 기간 내 연구성과 사후관리 및 홍보 등 재활원의 협조 요청시 그에 응해야 함

1차년도

○ 3~4월: 착수보고

○ 3~12월: 관련 문헌고찰/ 로봇 선택적 보조력 제공 제어기술 개발/ 비장애인 대상 로봇 실험을 통한 제어 성능 검증

○ 6월: 분기별 회의

○ 7~8월: 중간 보고

○ 9월: 분기별 회의

○ 11~12월: 연차 평가

2차년도

○ 1월: 2차년도 Kick-off 회의

○ 1~11월: 로봇 선택적 보조력 제공 제어기술 고도화 / 안전성확보 방안 검증

○ 4월: 분기별 회의

○ 7월: 중간 보고

○ 9월: 분기별 회의

○ 7~11월: 뇌병변 장애인 대상 로봇 실험을 통한 제어 성능 검증

○ 11월: 최종 평가, 연구 결과물 정리

기대효과

○ 재활운동 로봇시스템의 보조력 제공기술과 안전성 고도화

○ 재활운동 로봇시스템의 일선 병원 보급의 증대 기대

○ 재활운동 로봇 분야에서 빠른 추종자(fast follower)가 아닌 선도자(first mover)로서 세계 시장 선점

결과물

1차년도

○ 연차실적·계획서

○ 재활로봇 제어기 테스트베드 관련 자료

- 제어기 알고리즘, 관련 도면, 도면의 설명, 소스코드 (프로그램이 포함되어 있을 경우에 한함, 프로젝트 전체 코드, 실행파일 및 설명 포함), 부품 목록표 (Bill of Materials) 포함

- 상기 내용에 대한 관련 SW, 사용매뉴얼(제어기법 및 동작설명 포함), 시험 및 Raw 데이터(정리된 설명 포함), 문제해결방법 포함

○ 관련 특허출원 1건 이상

2차년도

○ 재활로봇 제어기 테스트베드 시제품 및 관련자료

- 2자유도 이상의 로봇 1종 이상, 제어기(모터드라이브 및 구현 알고리즘 탑재 제어기 일체)

- 관련 도면, 도면의 설명, 소스코드 (프로그램이 포함되어 있을 경우에 한함, 프로젝트 전체 코드, 실행파일 및 설명 포함), 부품 목록표 (Bill of Materials) 포함

- 상기 내용에 대한 관련 SW, 사용매뉴얼(제어기법 및 동작설명 포함), 시험 및 Raw 데이터(정리된 설명 포함), 문제해결방법 포함

○ 관련 특허출원 1건 이상

○ SCI(E)급 저널 논문 1편 이상 게재 (2차년도 종료 후 2년 이내)

○ 최종 보고서

공통

사항

※ 상기에 기술된 결과물은 만족되어야 할 기본사항으로 항목 및 수량을 추가 할 수 있다 (계획서 작성시 그대로 복사하지 말고 실현 가능성을 고려하여 계획서의 “7. 계량적인 예상 연구성과 기타부분”에 구체적으로 기재할 것).

활용계획

○ 다양한 보조력 제공이 필요한 재활로봇의 고도화 및 안정적 활용

[중개-7] 2022년도 재활로봇중개연구용역 제안요청서 (다년도)

연구과제명

장애 아동의 손 기능 분석 및 증진을 위한 유연한 장갑형 손 로봇 중개연구

연구분야

상지재활로봇

연구형태

중개연구

과제관리자

이금주 연구사

연 락 처

02-901-1916

연구기간

계약일~2024.11.30.

연구비

총 액

380,000천원

1차년도

100,000천원

2차년도

140,000천원

3차년도

140,000천원

연구

목적

○ 손 움직임이 부자연스러운 장애 아동을 도와주는 장갑 형태의 손 재활로봇의 개발

○ 장애 아동용 유연한 장갑형 손 로봇의 안전성을 확보하고, 이를 고도화해서 로봇의 사용성을 높임

연구

필요성

○ 장애 아동 중 일부는 손의 기능이 원활하지 않고 부자연스러운 움직임을 보여서 일상생활에 어려움을 겪어서 다양한 재활훈련이 행해지고 있음

○ 원활한 재활치료를 위해 손 움직임을 유도/보조하여서 해당 자세를 도와줄 수 있는 유연한 장갑형 보조 로봇이 필요

○ 사회적 관심이 많고 시장성이 높은 분야임에도 불구하고 장애가 있는 아동용 재활로봇, 특히 손의 기능을 도와주는 로봇의 개발이 부족한 상황

○ 다양한 손 재활로봇이 개발됐으나, 일부 개발된 로봇들의 경우 실제 재활치료 환경 및 생활 속에서 사용할 수 있는 안전성이 미흡한 상황이므로, 시제품의 안전성, 사용성 확보가 필요함

연구내용

및 방법

1차년도

○ 유연한 장갑형 손 로봇의 장애 아동 적용을 위한 특성 분석

- 대상이 되는 장애 아동 군의 일상생활 물체 파지 및 폄 반복 시 손 움직임을 측정하고, 목표가 될 손 동작 보조방법을 설계

- 아동의 손 변형 특성(엄지 변형 등)을 고려한 조절 방안 제시 및 설계 반영

- 아동용 손 로봇 재활에서 쥠/폄 동작에 필요한 힘 범위 측정

- 기존 로봇, 또는 별도의 힘 측정 장치 제작 등 모두 가능함

※ 기존의 성인용 로봇장치에 비해 성장하고 있는 아동의 다양한 손 특성 등을 반영하여 활용할 수 있는 구조 설계가 중요함

※ 손 움직임이 부자연스러운 모든 아동을 대상으로 하는 로봇이 아닌, 소수 인원이더라도 대상자가 되는 아동의 움직임을 적절하게 보조해 줄 수 있는 손 로봇을 목표로 함

※ 가정용/병원용, 맞춤형/모듈형의 제안은 시나리오화 함께 제안서에 기술

○ 와이어(tendon-driven 또는 wire-driven) 또는 공압을 비롯한 다양한 방법을 기반으로 장애 아동용 유연한 장갑형 손 로봇 시작품 제작

- 목표한 손 동작 보조 기능을 구현하는 와이어 또는 공압 구동 경로의 설계

○ 포커스 그룹 인터뷰(연 3회 이상)와 전문가 자문회의(연 3회 이상)를 통한 개선요구사항 파악 및 시스템 기능 검증과 설계 보완

○ 1차년도 평가항목

평가항목	단위	세계최고수준 (보유국, 기업)	현재 국내 최고수준	개발목표치
손 움직임 보조로봇 프로토타입	건	-	-	1
로봇에서 보조하는 손가락 개수	개	5	-	5
손 동작 및 힘 범위 측정 피험자 수	명	-	-	≥3

※ 상기 개발 목표치를 포함하여 구동기 최대 힘, 목표 속도 등 등에 대하여 계획서에 기재 바람

2차년도

○ 장애 아동용 유연한 장갑형 손 로봇 시작품의 제작

- 목표한 손 동작 보조 기능을 반복할 때도 안정적으로 구동되도록 와이어 또는 공압 구동기의 구동 경로 및 연결부의 설계 및 보완

- 장갑 착용 후 일상생활 물체 파지 및 폄 반복 시 장갑으로 인한 파지력 보조량과 구동력 (힘 또는 토크) 측정

- 설계안 대비 안정적인 성능이 나오는지 반복 구동 테스트 진행 및 제어 알고리즘 보완

※ 가정용/병원용, 맞춤형/모듈형의 제안은 시나리오화 함께 제안서에 기술

○ 임상연구 진행

- 장애 아동 대상 임상연구 진행

: 대상군: 만 3세~18세 사이 아동 5명 이상(대상군 나이 범위 제안 가능)

: 일상생활 물체 파지 및 폄 반복 시 로봇의 보조 전후의 손 움직임 비교

: 목표한 손 움직임과 로봇 착용 이후 대상자 손 움직임의 비교 시 손가락 움직임 차이가 평균 10° 이내

※ 손 움직임이 부자연스러운 모든 아동을 대상으로 하는 로봇이 아닌, 소수 인원이더라도 대상자가 되는 아동의 움직임을 적절하게 보조해 줄 수 있는 손 로봇을 목표로 함.

※ 구체적인 일상생활 물체에 따른 파지 방법은 계획서에 제시 요망(예: Hook, Cylinder, Pinch grip 등)

○ 포커스 그룹 인터뷰(연 3회 이상)와 전문가 자문회의(연 3회 이상)를 통한 개선요구사항 파악 및 시스템 기능 검증과 설계 보완

○ 2차년도 평가항목

평가항목	단위	세계최고수준 (보유국, 기업)	현재 국내 최고수준	개발목표치
연속 반복 구동 횟수	회	-	-	≥100
측정 가능한 최대 구동 힘	N	-	-	≥10
손 동작 측정 피험자 수	명	-	-	≥5

※ 상기 개발 목표치를 포함하여 구동기 목표 속도 등에 대하여 계획서에 기재 바람

3차년도

○ 장애 아동용 유연한 장갑형 손 로봇 시작품의 고도화

- 장애 아동의 유연한 손가락을 고려해 손 재활로봇의 구동 시 이상 작동에 대한 안전성 확보 수단을 시작품에 추가. 단순 비상정지 버튼을 통한 구동 급정지 외에 이상 작동 감지 및 안전성 확보방안을 구현할 것

- 설계안 대비 안정적인 성능이 나오는지 반복 구동 테스트 진행 및 제어 알고리즘 보완. 1500 회 이상 연속 반복 구동에 대해 성능이 유지되어야 하거나, 또는 소재의 성능에 따라 유효한 연속 반복 구동 횟수를 제시할 것

- 아동의 손 움직임을 고려해서 충분한 구동 성능이 나올 수 있도록 구동력 고도화

- 일상생활 활동 시 필요한 힘을 고려한 구동기 최대 힘 향상

※ 손 움직임이 부자연스러운 모든 아동을 대상으로 하는 로봇이 아닌, 소수 인원이더라도 대상자가 되는 아동의 움직임을 적절하게 보조해 줄 수 있는 손 로봇을 목표로 함

○ 임상연구 진행

- 장애 아동 대상 임상연구 진행

: 대상군: 만 3세~18세 사이 아동 5명 이상(대상군 나이범위 제안 가능)

: 일상생활 물체 파지 및 폄 반복 시 로봇의 보조 전후의 손 움직임 비교

: 목표한 손 움직임과 로봇 착용 이후 대상자 손 움직임의 비교 시 손의 각 관절 움직임 차이가 평균 7° 이내

※ 손 움직임이 부자연스러운 모든 아동을 대상으로 하는 로봇이 아닌, 소수 인원이더라도 대상자가 되는 아동의 움직임을 적절하게 보조해 줄 수 있는 손 로봇을 목표로 함

※ 구체적인 일상생활 물체에 따른 파지 방법은 계획서에 제시 요망(예: Hook, Cylinder, Pinch grip 등)

○ (선택사항) 전자파 적합성 시험검사

○ 포커스 그룹 인터뷰(연 3회 이상)와 전문가 자문회의(연 3회 이상)를 통한 개선요구사항 파악 및 시스템 기능 검증과 설계 보완

○ 3차년도 평가항목

평가항목	단위	세계최고수준 (보유국, 기업)	현재 국내 최고수준	개발목표치
연속 반복 구동 횟수	회	-	-	≥1500
측정 가능한 최대 구동 힘	N	-	-	≥15
손 동작 측정 피험자 수	명	-	-	≥5
목표한 손 움직임 오차	°	-	-	≤7
(선택사항) 전자파적합성 시험검사	Pass /Fail	-	-	Pass

※ 상기 개발 목표치를 포함하여 구동기 목표 속도 등에 대하여 계획서에 기재 바람

추진

일정

공통

사항

※ 분기별로 과제담당자를 포함하여 국립재활원과 회의를 진행하여야 함

※ 착수보고 및 중간·연차·최종평가를 국립재활원이 지정하는 일자에 맞춰 보고서 제출 및 발표로 수행해야 하며 국립재활원이 수시 보고를 요청할 때에는 그에 응해야 함.

※ 전년도 결과 평가에 따라 당해년도 협약이 이루어지며, 전년도의 결과가 미흡할 경우 당해연도 협약이 취소될 수 있음

※ 연구 기간 내 연구성과 사후관리 및 홍보 등 재활원의 협조 요청시 그에 응해야 함

1차년도

○ 3월: 계약 후 착수보고 및 1차년도 kick-off 회의

○ 6월: 분기별 회의

○ 7~8월: 중간 보고

○ 3~9월: 장애 아동용 손 재활운동 시의 특성 분석

○ 9월: 분기별 회의

○ 7~12월: 장애 아동용 유연한 장갑형 손 로봇 시작품 제작

○ 11월: 연차 평가

2차년도

○ 1월: 2차년도 kick-off 회의

○ 4월: 분기별 회의

○ 7월: 중간 보고

○ 1~12월: 장애 아동용 유연한 장갑형 손 로봇의 구동부 안정화

○ 8~12월: 유연한 장갑형 손 로봇의 장애 아동 대상 연구

○ 9월: 분기별 회의

○ 11월: 연차 평가

3차년도

○ 1월: 3차년도 kick-off 회의

○ 4월: 분기별 회의

○ 1~6월: 장애 아동용 유연한 장갑형 손 로봇 시작품 고도화

○ 6~11월: 유연한 장갑형 손 로봇의 장애 아동 대상 연구

○ 7월: 중간 보고

○ 9월: 분기별 회의

○ 11월: 최종 평가

기대효과

○ 장애 아동의 자연스러운 손 움직임 구현 및 손 기능의 향상

○ 다양한 특성을 가진 사용자들을 고려한 유연한 착용형 로봇 시스템 제공

○ 상용화가 가능한 아동용 손 움직임 보조로봇 개발

○ 아동용 재활 및 보조로봇 사업 활성화 및 보건의료서비스 강화

○ 장애 아동의 인지 및 기능 발달 향상

○ 장애로 인한 사회적 비용 감소

결과물

1차년도

○ 아동용 장갑형 손 재활로봇 시제품 관련 자료

- 관련 도면, 도면의 설명, 소스코드 (프로그램이 포함되어 있을 경우에 한함, 프로젝트 전체 코드, 실행파일 및 설명 포함), 부품 목록표 (Bill of Materials) 포함

○ 연구개발에 대한 중간보고서, 연차실적·계획서

- 자문회의, 포커스 그룹 인터뷰, 사용성 평가 결과 및 반영(예정)사항 포함

2차년도

○ 아동용 장갑형 손 재활로봇 시제품 관련 자료

- 관련 도면, 도면의 설명, 소스코드 (프로그램이 포함되어 있을 경우에 한함, 프로젝트 전체 코드, 실행파일 및 설명 포함), 부품 목록표 (Bill of Materials) 포함

○ 시험 및 Raw 데이터(정리된 설명 포함)

○ 연구개발에 대한 중간보고서, 연차실적·계획서

- 자문회의, 포커스 그룹 인터뷰, 사용성 평가 결과 및 반영(예정)사항 포함

○ 관련 특허출원 1건 이상

○ SCI(E)급 저널 논문 1편 이상 게재 (2차년도 종료 후 2년 이내)

3차년도

○ 아동용 손 재활로봇 시제품 1종 및 관련 여분 자재

- 관련 도면, 도면의 설명, 소스코드 (프로그램이 포함되어 있을 경우에 한함, 프로젝트 전체 코드, 실행파일 및 설명 포함), 부품 목록표 (Bill of Materials) 포함

- 상기 내용에 대한 관련 SW, 사용매뉴얼(제어기법 및 동작설명 포함), 문제해결방법 포함

○ 로봇 제어 소프트웨어

○ 제어기법 및 동작 설명, 시험 및 Raw 데이터(정리된 설명 포함)

○ 관련 특허출원 1건 이상

○ SCI(E)급 저널 논문 1편 이상 게재 (3차년도 종료 후 2년 이내)

○ 연구개발에 대한 중간보고서, 최종 보고서

- 사용성 평가 결과 데이터 및 보완 사항 포함

공통

사항

※ 상기에 기술된 결과물은 만족되어야 할 기본사항으로 항목 및 수량을 추가 할 수 있다 (계획서 작성시 그대로 복사하지 말고 실현 가능성을 고려하여 계획서의 “7. 계량적인 예상 연구성과 기타부분”에 구체적으로 기재할 것).

활용계획

○ 시작품 개발을 통한 아동용 재활 보조로봇 기술 상용화에 기여

○ 적합한 기업 물색 및 기술이전을 통한 제품 생산화

[중개-8] 2022년도 재활로봇중개연구용역 제안요청서 (다년도)

연구과제명

유연한 착용형 하지 보조로봇의 중개연구

연구분야

하지 재활로봇

연구형태

중개연구

과제관리자

송원경 과장

연 락 처

02-901-1901

연구기간

계약일~2024.11.30.

연구비

총 액

395,000천원

1차년도

155,000천원

2차년도

120,000천원

3차년도

120,000천원

연구목적

○ 편마비가 있는 뇌병변 장애인을 위한 유연한 착용형 하지 보조로봇의 중개연구를 통하여 임상연계를 가속화 함

연구필요성

○ 하지 부분 마비 장애인은 필요한 순간에만 보조력을 생성하는 Assist-as-needed 기술이 요구됨

○ 가볍고 유연한 착용형로봇(soft-exosuit)은 착용자의 운동능력 및 재활운동 수준에 맞게 사용할 수 있어야 함

○ 보행에서 발목 등을 보조할 수 있는 유연 소재를 이용한 하지 보조로봇의 제품화를 포함하여 기술적 수준이 향상되고 있음

연구내용

및 방법

1차년도

○ 유연 소재를 이용한 하지 보조로봇 모듈 설계 및 개발

- 하지 보조로봇 모듈은 1자유도 이상으로, 최소한 편측 부분마비에 대응한 하지관절(엉덩 또는 무릎 또는 발목관절)의 움직임 보조가 가능해야 함

- 2종 이상의 목표 동작(예: 평지 보행, sit-to-stand 등)에 부합하는 2자유도 이상의 편측 하지 부분마비 보조로봇 설계. 1차년도에 1종의 목표 동작을 구현하고, 2차년도에 나머지 목표 동작을 구현

- 유연 소재를 이용한 구동(예: tendon-driven, bowden cable- driven, 공압 구동기 등)을 적용하고 운동 보조에 적합한 사양의 운동 모듈 설계 및 제작 (최대토크 ≥ 25Nm)

- 좌측과 우측 다리에 모두에 착용할 수 있는 구조를 권장

- 구동 모듈의 안전한 구동을 위한 제어방법 개발

- 연구계획서에 대상 관절의 움직임과 수행할 목표 동작, 목표 기능, 차별성에 대해 명확하게 제시할 것

- 하지관절 보조를 위한 embedded 제어기 개발 및 사용자의 운동 의도 파악을 위한 센서 및 신호처리 기술 개발 포함

○ 시나리오 도출 및 사용성 평가

- 적절한 사용대상자 도출과 기능 요구사항 도출, 로봇활용 재활운동 시나리오 도출 포함

- 비장애인 5명 이상의 사용자에게 사용성 평가 후 보완 항목을 도출

○ 포커스 그룹 인터뷰(연 3회 이상)와 전문가 자문회의(연 3회 이상)를 통한 개선요구사항 파악 및 시스템 기능 검증과 설계 보완

평가항목	단위	세계최고수준 (보유국, 기업)	현재국내 최고수준	개발 목표치
자유도	DOF	-	-	≥ 1
로봇을 통해 보조하는 동작	종	-	-	1
구동기 모듈의 최대 토크	Nm	-	-	≥ 25
사용성 평가	명	-	-	≥ 5 (비장애인)
사용성 평가 보고서	건	-	-	1

○ 1차년도 평가항목

※ 상기 개발 목표치를 포함하여 성능 검증을 위한 평가방법, 로봇 중량, 로봇 고도화 항목 등 다른 항목에 대하여 계획서에 기재 바람.

2차년도

○ 유연 소재를 이용한 하지부분마비 보조로봇 시작품 구현 및 성능 검증

- 2자유도 이상의 하지 보조로봇 제작 및 제어

- 사용성 평가 결과에 따른 시작품 개선

- 연구계획에서 제시한 2종 이상의 동작 (예: 평지 보행, sit-to-stand 등) 모두에 대해 보조해야 함

- 비장애인 5명 이상, 하지 부분마비 장애인 5명 이상의 사용자를 대상으로 유연한 하지 보조로봇을 이용할 때의 kinematics(예: 동작 궤적 등) 또는 kinetics(예: 지면반력, 관절토크 등)에 미치는 영향(보조력 대비 변화량)을 정량적으로 평가해야 함

○ 시나리오 개선 및 사용성 평가

- 적절한 사용 대상자와 기능 요구사항 개선, 로봇활용 재활운동 시나리오 보완

○ 포커스 그룹 인터뷰(연 3회 이상)와 전문가 자문회의(연 3회 이상)를 통한 개선요구사항 파악 및 시스템 기능 검증과 설계 보완

평가항목	단위	세계최고수준 (보유국, 기업)	현재국내 최고수준	개발 목표치
로봇 중량	kg	-	-	(계획서에 제시요망)
자유도	DOF	-	-	≥ 2
로봇을 통해 보조하는 동작	종	-	-	≥ 2
유연한 착용형 하지 보조로봇의 영향 평가	명	-	-	≥ 5 (비장애인) ≥ 5 (하지 부분마비 장애인)

○ 2차년도 평가항목

※ 상기 개발 목표치를 포함하여 성능 검증을 위한 평가방법, 로봇 고도화 항목 등 다른 항목에 대하여 계획서에 기재 바람.

3차년도

○ 유연 소재를 이용한 하지 부분마비 보조로봇 고도화

- 사용성 평가에 따른 유연 구동기 고도화

- 2종 이상의 동작 (예: 평지 보행, sit-to-stand 등)에 대해 사용자의 운동의도 파악을 통해 필요한 시점에 보조력을 생성하는 Assist-as-needed 기능 개선 (보조력 제공 기능 포함)

○ 사용성 평가

- 하지 부분마비 장애인 10명 이상의 사용자를 대상으로 유연한 하지 보조로봇을 이용할 때의 kinematics(예: 동작 궤적 등) 또는 kinetics(예: 지면반력, 관절토크 등)에 미치는 영향(보조력 대비 변화량)을 정량적으로 평가해야 함

○ 훈련/활용 방안 정리

○ 포커스 그룹 인터뷰(연 3회 이상)와 전문가 자문회의(연 3회 이상)를 통한 개선요구사항 파악 및 시스템 기능 검증과 설계 보완

평가항목	단위	세계최고수준 (보유국, 기업)	현재국내 최고수준	개발 목표치
로봇을 통해 보조하는 동작	종	-	-	≥ 2
유연한 착용형 하지 보조로봇의 영향 평가	명	-	-	≥ 10 (하지 부분마비 장애인)
Assist-as-needed 기능	유/무	-	-	유

○ 3차년도 평가항목

※ 상기 개발 목표치를 포함하여 성능 검증을 위한 평가방법, 로봇 고도화 항목 등 다른 항목에 대하여 계획서에 기재 바람.

추진

일정

공통

사항

※ 분기별로 과제담당자를 포함하여 국립재활원과 회의를 진행하여야 함

※ 착수보고 및 중간·연차·최종평가를 국립재활원이 지정하는 일자에 맞춰 보고서 제출 및 발표로 수행해야 하며 국립재활원이 수시 보고를 요청할 때에는 그에 응해야 함

※ 전년도 결과 평가에 따라 당해년도 협약이 이루어지며, 전년도의 결과가 미흡할 경우 당해연도 협약이 취소될 수 있음

※ 연구 기간 내 연구성과 사후관리 및 홍보 등 재활원의 협조 요청시 그에 응해야 함

1차년도

○ 3월: 계약 후 착수보고 및 1차년도 kick-off 회의

○ 3~9월: 상세설계 및 구동모듈, 재활로봇 시작품 제작

○ 6월: 분기별 회의

○ 7~8월: 중간 보고

○ 9~12월 : 사용자 테스트 및 시작품 제어 성능 안정화

○ 9월: 분기별 회의

○ 11월 : 연차 평가

2차년도

○ 1월: 2차년도 Kick-off 회의

○ 1~11월: 하지 부분마비 보조로봇 구현 및 제어

○ 4월: 분기별 회의

○ 7~8월: 중간 보고

○ 7~11월: 하지 부분마비 보조로봇의 영향, 성능에 대한 정량 평가

○ 9월: 분기별 회의

○ 11월 : 연차 평가

3차년도

○ 1월: 3차년도 Kick-off 회의

○ 1~11월: 하지 부분마비 보조로봇 및 제어 고도화

○ 4월: 분기별 회의

○ 7월: 중간 보고

○ 9월: 분기별 회의

○ 11월 : 최종 평가

기대효과

○ 일상 동작 보조를 위한 착용형 로봇의 보급 확대

○ 편측 부분마비 장애인의 이동 능력 개선을 통한 삶의 질 향상

○ 병원뿐만 아니라 가정에서의 지속적인 재활운동 보조를 통하여, 보다 빠르고 효율적인 재활운동 서비스의 제공이 가능해짐

결과물

1차년도

○ 유연한 착용형 하지 보조로봇 관련 자료

- 관련 도면, 도면의 설명, 소스코드 (프로그램이 포함되어 있을 경우에 한함, 프로젝트 전체 코드, 실행파일 및 설명 포함), 부품 목록표 (Bill of Materials) 포함.

- 상기 내용에 대한 관련 SW, 사용매뉴얼(제어기법 및 동작설명 포함), 시험 및 Raw 데이터(정리된 설명 포함), 문제해결방법 포함

○ 연구개발에 대한 중간보고서, 연차실적·계획서

2차년도

○ 유연한 착용형 하지 보조로봇 관련 자료

- 관련 도면, 도면의 설명, 소스코드 (프로그램이 포함되어 있을 경우에 한함, 프로젝트 전체 코드, 실행파일 및 설명 포함), 부품 목록표 (Bill of Materials) 포함

- 상기 내용에 대한 관련 SW, 사용매뉴얼(제어기법 및 동작설명 포함), 시험 및 Raw 데이터(정리된 설명 포함), 문제해결방법 포함

○ 관련 특허출원 1편 이상

○ 연구개발에 대한 중간보고서, 연차실적·계획서

3차년도

○ 유연한 착용형 하지 보조로봇 최종 시작품 1세트 및 관련 자료

- 관련 도면, 도면의 설명, 소스코드 (프로그램이 포함되어 있을 경우에 한함, 프로젝트 전체 코드, 실행파일 및 설명 포함), 부품 목록표 (Bill of Materials) 포함

- 상기 내용에 대한 관련 SW, 사용매뉴얼(제어기법 및 동작설명 포함), 시험 및 Raw 데이터(정리된 설명 포함), 문제해결방법 포함

○ 관련 특허출원 1편 이상

○ 연구개발에 대한 중간보고서, 최종 보고서

○ SCI(E)급 저널 논문 1편 이상 게재 (3차년도 종료 후 2년 이내)

공통

사항

※ 상기에 기술된 결과물은 만족되어야 할 기본사항으로 항목 및 수량을 추가 할 수 있다 (계획서 작성시 그대로 복사하지 말고 실현 가능성을 고려하여 계획서의 “7. 계량적인 예상 연구성과 기타부분”에 구체적으로 기재할 것).

활용계획

○ 유연한 착용형 하지 보조로봇 관련 임상연구 진행

○ 개인용 재활기기로 판매 등 가정용 시장 창출 가능성 제시

○ 착용형 하지근력 보조/재활로봇의 상용화 추진

[중개-9] 2022년도 재활로봇중개연구용역 제안요청서 (다년도)

연구과제명

줄꼬임 구동기를 이용하는 소프트 상지 재활로봇의 중개연구

연구분야

상지 재활

연구형태

중개연구

과제관리자

신준호 과장

연 락 처

02-901-1884

연구기간

계약일~2023.11.30.

연구비

총 액

295,000천원

1차년도

155,000천원

2차년도

140,000천원

연구

목적

○ 줄꼬임 구동기를 이용하며 상지 재활운동을 위한 재활로봇 개발, 개선

연구

필요성

○ 기존의 근력 재활로봇은 주로 외골격형(exoskeleton)으로 제작되므로 크기가 크고 질량이 무거워서 착용이 어렵고 특정 장소에서만 사용할 수 있음

○ 병원에서 현재 사용되고 있는 상지 재활로봇들은 매우 무겁고, 고가이며 다루기가 어려워 가정에 대여하기도 어려운 실정

○ 경량 고출력의 상지 재활로봇을 통해 재활로봇에 대한 접근성을 향상시켜 상지 재활운동이 가능하도록, 모터의 동력전달 방식을 일반적인 감속기 사용 등에서 고도화하여 줄꼬임 방식을 적용한 재활로봇 개발, 개선이 필요

연구내용

및 방법

1차년도

○ 줄꼬임 구동 방식의 경량 고출력 구동기를 적용한 상지 편측 2자유도 (elbow 또는 wrist 또는 shoulder joint) 이상을 포함하는 재활로봇 시작품 개발

- 재활운동에 적합한 사양의 회전운동 모듈 개발 포함 (최대토크 ≥ 10Nm)

- 줄꼬임 모듈의 안전한 구동을 위한 제어 방법 개발 포함

- 좌우 겸용 로봇 시스템을 권장함

- 연구계획서에 대상 관절과 수행할 목표기능에 대해 명확하게 제시할 것. 2자유도 이상을 동시에 구동하면서 로봇을 활용하는 재활운동 시나리오를 개발, 구현해야 함

- 제시하는 시나리오에 대응하는 로봇 연계 재활운동용 게임 컨텐츠 2종 이상 개발을 포함함

○ 사용성 평가 및 시나리오 도출

- 적절한 사용 대상자 도출과 기능 요구사항 도출, 로봇활용 재활운동 시나리오 보완 포함

- 5명 이상 사용자에게 사용성 평가 후 보완 항목을 도출

○ 포커스 그룹 인터뷰(연 3회 이상)와 전문가 자문회의(연 3회 이상)를 통한 개선요구사항 파악 및 시스템 기능 검증과 설계 보완

평가항목	단위	세계최고수준 (보유국, 기업)	현재국내 최고수준	개발 목표치
자유도	DOF	-	-	≥ 2
구동기 모듈의 최대 토크	Nm	-	-	≥ 10
로봇활용 재활운동 시나리오	건	-	-	≥ 1
사용성평가	명	-	-	≥ 5
로봇과 연계 활용할 재활운동용 게임	건	-	-	≥ 2
신뢰성 평가항목 (반복횟수 등)	(회)	-	-	(계획서에 제시요망)
줄꼬임 모듈의 교체가능 여부 (카트라지타입 등)	유/무	-	-	유
착용부 무게 (배터리 및 제어시스템 제외)	kg	-	-	≤2

○ 1차년도 평가항목

※ 상기 개발 목표치를 포함하여 성능 검증을 위한 평가방법, 로봇 고도화 항목 등 다른 항목에 대하여 계획서에 기재 바람

2차년도

○ 1차년도에 개발한 줄꼬임 구동 방식의 상지 재활로봇 시작품 안전성 검증

※ 본 과제는 기업체가 반드시 참여해야 함(참여기관으로 기업이 참여하는 경우에는 역할 및 산출물을 명확히 기재하여야 함)

- 의료기기 인허가에 대비한 전자파 적합성 시험검사

- (선택사항) 의료기기 인허가에 대비한 전기·기계적 안전성 시험검사 수행

- 의료기기 기술문서 심사에 대비한 사용 적합성 평가 수행

- 시험검사 및 사용 적합성 평가 결과에 대응해 로봇의 기능을 개선하고, 로봇을 활용한 재활운동 시나리오를 보완해야 함

- 보완된 시나리오에 대응하는 로봇 연계 재활운동용 게임 기존 2종을 보완하고, 추가 1개 이상의 게임 컨텐츠를 개발함

○ 사용성 평가 및 시나리오 보완

- 적절한 사용 대상자 도출과 기능 요구사항 도출, 로봇활용 재활운동 시나리오 보완 포함

○ 포커스 그룹 인터뷰(연 3회 이상)와 전문가 자문회의(연 3회 이상)를 통한 개선요구사항 파악 및 시스템 기능 검증과 설계 보완

평가항목	단위	세계최고수준 (보유국, 기업)	현재국내 최고수준	개발 목표치
전자파 적합성 시험검사	Pass/Fail	-	-	Pass
(선택사항) 전기·기계적 안전성 시험검사	Pass/Fail	-	-	(선택사항) Pass
사용적합성 평가	건	-	-	유
보완된 로봇활용 재활운동 시나리오	건	-	-	≥ 1
보완된 재활운동용 게임	건	-	-	≥ 2
신규 재활운동용 게임	건	-	-	≥ 1

○ 2차년도 평가항목

※ 상기 개발 목표치를 포함하여 성능 검증을 위한 평가방법, 로봇 고도화 항목 등 다른 항목에 대하여 계획서에 기재 바람.

추진

일정

공통

사항

※ 분기별로 과제담당자를 포함하여 국립재활원과 회의를 진행하여야 함

※ 착수보고 및 연차·최종평가를 국립재활원이 지정하는 일자에 맞춰 보고서 제출 및 발표로 수행해야 하며 국립재활원이 수시 보고를 요청할 때에는 그에 응해야 함.

※ 전년도 결과 평가에 따라 당해년도 협약이 이루어지며, 전년도의 결과가 미흡할 경우 당해연도 협약이 취소될 수 있음

※ 연구 기간 내 연구성과 사후관리 및 홍보 등 재활원의 협조 요청시 그에 응해야 함

1차년도

○ 3월: 착수보고

○ 3~9월: 상세설계 및 구동모듈, 재활로봇 시작품 제작

○ 6월: 분기별 회의

○ 8월: 중간 보고

○ 9~12월 : 사용자 테스트 및 시작품 제어 성능 안정화

○ 9월: 분기별 회의

○ 12월 : 연차 평가

2차년도

○ 1~8월: 안전성 시험검사 / 사용 적합성 평가

○ 4월: 분기별 회의

○ 4~11월: 성능 및 컨텐츠 보완, 신규 게임 개발

○ 7월: 중간 보고

○ 9월: 분기별 회의

○ 11월 : 최종 평가

기대효과

○ 유연한 소재를 사용하고 구동기의 수를 최소화함으로써 로봇 제작 단가를 낮춰 필요한 장애인들이 쉽게 접근하여 사용할 수 있을 것이라 기대함

○ 병원뿐만 아니라 가정에서의 지속적인 재활운동 보조를 통하여 보다 빠르고 효율적인 재활운동 서비스의 제공이 가능해짐

결과물

1차년도

○ 줄꼬임 구동기를 적용한 로봇 관련 자료

- 관련 도면, 도면의 설명, 소스코드 (프로그램이 포함되어 있을 경우에 한함, 프로젝트 전체 코드, 실행파일 및 설명 포함), 부품 목록표 (Bill of Materials) 포함

- 상기 내용에 대한 관련 SW, 사용매뉴얼(제어기법 및 동작설명 포함), 시험 및 Raw 데이터(정리된 설명 포함), 문제해결방법 포함

○ 연구개발에 대한 중간보고서, 연차실적·계획서

2차년도

○ 줄꼬임 구동기를 적용한 로봇 최종 시작품 및 관련 자료

- 좌/우측 겸용으로 사용할 수 있는 최종 시작품 1세트 (또는 좌/우측 각각에 사용할 수 있도록 하는 2세트의 시작품)

- 관련 도면, 도면의 설명, 소스코드 (프로그램이 포함되어 있을 경우에 한함, 프로젝트 전체 코드, 실행파일 및 설명 포함), 부품 목록표 (Bill of Materials) 포함

- 상기 내용에 대한 관련 SW, 사용매뉴얼(제어기법 및 동작설명 포함), 시험 및 Raw 데이터(정리된 설명 포함), 문제해결방법 포함

○ 관련 특허출원 1편 이상

○ 연구개발에 대한 중간보고서, 최종 보고서

○ 사용적합성 평가 보고서

○ 전자파 적합성 시험검사 성적서,
(선택사항) 전기 기계적 안전성 시험검사 성적서

○ SCI(E)급 저널 논문 1편 이상 게재 (2차년도 종료 후 2년 이내)

공통

사항

※ 상기에 기술된 결과물은 만족되어야 할 기본사항으로 항목 및 수량을 추가 할 수 있다 (계획서 작성시 그대로 복사하지 말고 실현 가능성을 고려하여 계획서의 “7. 계량적인 예상 연구성과 기타부분”에 구체적으로 기재할 것).

활용계획

○ 상지재활로봇 관련 임상연구 진행

○ 가정용 재활기기로 판매 등 가정용 시장 창출가능성 제시

○ 보급형 시스템으로 대형병원뿐만 아니라 중소형 병원으로의 사용 확대 도모

[중개-10] 2022년도 재활로봇중개연구용역 제안요청서 (다년도)

연구과제명

재활로봇 안전 및 성능평가를 위한 로봇더미(Dummy) 개발 중개연구

연구분야

상지 및 하지 재활

연구형태

중개연구

과제관리자

이금주 연구사

연 락 처

02-901-1916

연구기간

계약일~2023.11.30.

연구비

총 액

295,000천원

1차년도

160,000천원

2차년도

135,000천원

연구

목적

○ 상지 또는 하지 재활로봇을 위한 로봇더미 및 시험법 개발

○ 상지 또는 하지 재활로봇을 위한 로봇더미 및 시험법 검증/보완

연구

필요성

◯ 최근 다양한 재활치료용 로봇의 출시에 비하여, 재활로봇의 안전이나 성능평가를 위한 시험법 및 시험기기의 인프라는 부족함

◯ 재활로봇의 인허가를 위해서는 안전과 성능에 관련한 적합성의 시험평가는 필수적이나, 현재 이를 위한 시험법 제시 및 시험을 통한 적합성 입증은 전적으로 제조사가 감당해야 하므로 많은 부담이 됨

연구내용

및 방법

1차년도

◯ 상지 또는 하지 재활로봇을 위한 로봇더미 개발/개선

- 스펙(토크 기능 관절 구조 등) 및 자유도 등 형태 제시

- 재활로봇을 위한 로봇더미의 대상 선정 및 선정 근거 제시

- 재활로봇을 위한 로봇더미의 기능적 요구조건 도출 (기존 로봇과 비교하여 관절 구조 등이 대응되도록 설계)

- 재활로봇을 위한 로봇더미를 통해 측정되는 정량적 평가항목 제시

◯ 상지 또는 하지 재활로봇을 위한 로봇더미 시험법 개발(분석법 포함)

- 국내외 상지 또는 하지 재활로봇을 위한 로봇더미 관련 기술, 제품 동향, 표준 조사 및 분석

- 재활로봇과 로봇더미의 데이터 저장 기능 포함, 시험법 도출

※ 로봇더미가 외골격로봇을 착용하고 단독보행을 수행하는 것은 아님(로봇더미 몸통을 특정 방향의 움직임에 대해서는 고정시키거나 소규모로 움직일 수 있음. 스탠드 및 분석시스템 포함)

○ 포커스 그룹 인터뷰(연 3회 이상)와 전문가 자문회의(연 3회 이상)를 통한 개선요구사항 파악 및 시스템 기능 검증과 설계 보완

○ 1차년도 평가항목

평가항목	단위	세계최고수준 (보유국, 기업)	현재국내 최고수준	개발 목표치
상지 또는 하지 재활로봇을 위한 로봇더미	개	-	-	1
상지 또는 하지 재활로봇 시험법	건	-	-	1
로봇더미 관절별 스펙 제시	건	-	-	스펙 별 목표치 (계획서에 제시요망)
분석시스템	유/무	-	-	유
스탠드	유/무	-	-	유

2차년도

◯ 상지 또는 하지 재활로봇을 위한 로봇더미 검증 및 보완

- 1차년도 개발 로봇더미 검증 데이터 축적 및 이를 통한 재활로봇을 위한 로봇더미 검증 시험수행

- 검증시험을 통한 로봇더미 보완 및 공인

◯ 상지 또는 하지 재활로봇 시험법 검증 및 보완

- 재활로봇 시험법 검토 및 보완

- 제작된 로봇더미와 축적된 데이터를 바탕으로 시험법 확립 및 국내/국제표준 제안

○ (선택사항) 전자파 적합성 시험검사

○ 포커스 그룹 인터뷰(연 3회 이상)와 전문가 자문회의(연 3회 이상)를 통한 개선요구사항 파악 및 시스템 기능 검증과 설계 보완

○ 2차년도 평가항목

평가항목	단위	세계최고수준 (보유국, 기업)	현재국내 최고수준	개발 목표치
상지 또는 하지 재활로봇 로봇더미 신뢰성 평가 자체 보고서	개	-	-	1 (1차년도 누적)
상지 또는 하지 재활로봇 시험법	건	-	-	1 (1차년도 누적)
(선택사항) 전자파적합성 시험검사	Pass /Fail	-	-	Pass

추진

일정

공통

사항

※ 필요한 경우 수시로 과제담당자를 포함하여 국립재활원과 회의를 진행하여야 함.

※ 착수보고 및 연차·최종 평가를 국립재활원이 지정하는 일자에 맞춰 보고서 제출 및 발표를 수행해야 하며 국립재활원이 수시보고를 요청할 때에는 그에 응해야 함.

※ 전년도 결과 평가에 따라 당해년도 협약이 이루어지며, 전년도의 결과가 미흡할 경우 당해연도 협약이 취소될 수 있음.

※ 연구 기간 내 연구성과 사후관리 및 홍보 등 재활원의 협조 요청시 그에 응해야 함

1차년도

○ 3월: 계약 후 착수보고 및 kick-off 회의

○ 4~5월: 국내외 재활로봇 기술/표준/제품 조사

○ 6~10월: 재활로봇을 위한 로봇더미 설계 및 제작

○ 6월: 분기별 회의

○ 7~8월: 중간 보고

○ 9월: 분기별 회의

○ 10월: 재활로봇 시험법 개발

○ 12월: 보고서 작성, 연차 평가

2차년도

○ 1월: 2차년도 kick-off 회의

○ 4월: 분기별 회의

○ 1~11월: 개발된 재활로봇을 위한 로봇더미 이용, 검증 및 데이터 수집

○ 7월: 중간 보고

○ 9월: 분기별 회의

○ 11월: 최종 평가, 연구 결과물 정리

기대효과

◯ 국제표준 제안 시 국내 상․하지 재활로봇 시험기관 및 개발/제조 업체의 의견 반영으로 새로운 국내 제조사의 국제표준 선점 가능

◯ 시험방법 및 로봇더미에 대한 특허 선점을 통해 국내 상․하지 재활로봇 개발/제조 기관의 시험비용 절감 가능

◯ 기존 제조사에서 직접 시험방법을 제시해야 하여 발생하였던 어려움 해소 가능

◯ 제조사에서 제시하던 시험방법에서 표준화된 시험기와 시험방법을 제공함으로 안전하고 신뢰도 있는 제품 개발 가능

◯ 국제표준 시험방법과 로봇더미를 활용한 인허가 획득으로 향후 국내 상․하지 재활로봇 개발업체의 해외 시장 조기 진출 가능

결과물

1차년도

○ 연구개발에 대한 중간보고서, 연차실적계획서

○ 상지 또는 하지 재활로봇 로봇더미 관련자료

- 관련 도면, 도면의 설명, 소스코드 (프로그램이 포함되어 있을 경우에 한함, 프로젝트 전체 코드, 실행파일 및 설명 포함), 부품 목록표 (Bill of Materials) 포함

- 상기 내용에 대한 관련 SW, 사용매뉴얼(제어기법 및 동작설명 포함), 시험데이터, 문제해결방법 포함

◯ 상지 또는 하지 재활로봇 시험법

○ 관련 특허출원 1편 이상

2차년도

○ 연구개발에 대한 중간보고서, 최종 보고서

○ 상지 또는 하지 재활로봇 로봇더미 1종

- 관련 도면, 도면의 설명, 소스코드 (프로그램이 포함되어 있을 경우에 한함, 프로젝트 전체 코드, 실행파일 및 설명 포함), 부품 목록표 (Bill of Materials) 포함

- 상기 내용에 대한 관련 SW, 사용매뉴얼(제어기법 및 동작 설명 포함), 시험데이터, 문제해결방법 포함

○ 관련 특허출원 1편 이상

○ SCI(E)급 저널 논문 1편 이상 게재 (2차년도 종료 후 2년 이내)

공통

사항

※ 상기에 기술된 결과물은 만족되어야 할 기본사항으로 항목 및 수량을 추가 할 수 있다 (계획서 작성시 그대로 복사하지 말고 실현 가능성을 고려하여 계획서의 “7. 계량적인 예상 연구성과 기타부분”에 구체적으로 기재할 것).

활용계획

◯ 시험법 표준화 및 시험기 개발을 통해 국내 인허가 및 인증 관련 적극 활용 함으로써, 재활로봇 제조사의 부담을 경감하여 국내 재활로봇 시장진입을 원활하게 하며, 나아가 세계 재활로봇 시장을 선도할 수 있는 기반이 될 것으로 기대함