영국 Exeter 대학의 최첨단 연구진은 파킨슨병을 앓고 있는 환자들의 균형감각을 개선시켜 ‘보행동결’ 현상을 극복하도록 훈련시켜주는 오버헤드 슬라이딩 지지 시스템 제작에 햅코모션(이하 HepcoMotion)의 GV3 리니어 가이드 제품을 최종적으로 선정했다.

파킨슨병 연구의 새로운 장 개척
파킨슨병 환자들을 통해 보행동결(발이 바닥에 붙는 느낌)의 가장 큰 원인은 균형 문제와 불안한 심리라는 것이 확인됐다. 세계에서 가장 큰 압력 감지 플랫폼과 V시뮬레이터가 동원된 이번 연구를 통해, 가상현실 환경에서 참가자의 보행동결 현상을 직접 유도하고 그러한 동결에서 벗어나기 위한 균형적인 무게중심 이동 훈련의 실시 및 그로 인해 기대할 수 있는 결과치를 평가했다. 실험 참가자가 넘어지지 않도록 무게중심을 잡아주기 위한 별도의 안전장치가 오버헤드 가이드 시스템과 함께 사용됐다.

Exeter 대학의 수석 실험 책임자인 James Bassitt은 '이번 연구를 통해 파킨슨병의 가장 흔한 증상인 보행 및 동결현상을 좀더 정확하게 파악하고 측정할 수 있는 파격적인 접근방법을 찾게 되리라는 기대가 있었습니다. 이러한 긍정적인 결과를 도출하기 위해, 무엇보다 뛰어난 기술력과 신뢰를 바탕으로 한 오버헤드 갠트리 시스템 제공업체를 선정해 그들과 긴밀히 협력하는 것이 저희가 가장 중요하게 생각했던 부분이었습니다.'라고 언급했다.

핵심 요구조건
HepcoMotion과는 이미 여러 차례 리니어 어플리케이션으로 함께 작업한 적이 있는 Exeter 대학이 이번에 요청해온 도전과제는 관절형 바닥 전체에 걸쳐 150kg의 오버헤드 하중을 견딜 만큼 충분히 견고하면서도 비용 효율적이며 부드러운 주행이 가능한 다축(복합) 시스템을 구축하는 것이었다.


최종 솔루션: HepcoMotion의 GV3 시스템
3x5m 크기의 GV3 리니어 가이드를 HepcoMotion의 견고한 MCS 알루미늄 프로파일 위에 장착한 형태가 XXY 시스템의 기본 틀이다. 참고로 GV3는 다양한 자동화 및 리니어 어플리케이션에 두루 사용 가능한 HepcoMotion의 대표적인 리니어 가이드 시스템이다. 두 대의 GV3 가이드를 평행하게 배치하고, 세 번째 가이드는 두 가이드를 교차 연결해주는 빔 구조다. GV3 슬라이드와 캐리지는 가운데 빔의 MCS 아래쪽에 장착되는데 바로 이 곳에 안전장치가 부착된다. 두 개의 평행한 GV3 슬라이드들은 가운데 빔에서 0.5m 위에 장착되며, 높은 안정성과 고른 하중 분산을 위해 각 빔마다 한 쌍의 캐리지가 사용된다. 캐리지 플레이트에 부착된 맞춤형 고정 브라켓을 통해 평행한 빔과 가운데 빔을 서로 연결해준다. 이러한 조합을 통해 이번 어플리케이션의 핵심 요구조건이었던 5x5m 구역 내에서의 XY 운동 및 무제한 운동이 가능해졌다.


강성
이번 사례는 길이가 5m나 되는 시스템으로 처짐에 대한 강성이 중요했으며, 그만큼 캐리지의 견고한 가이드가 필수 조건이었다. HepcoMotion의 영업 엔지니어인 Dom Pendry에 의하면 '교차 연결구조에 적합한 뛰어난 강성을 지닌 MCS 프로파일 위에 GV3 가이드를 장착함으로써 5m의 긴 시스템임에도 충분히 견고한 솔루션을 제공할 수 있었을 뿐만 아니라, 처짐량을 최소화해 비틀거리는 환자의 무게를 안전하게 지탱해 줄 수 있었습니다.'라고 설명했다.

부드러운 운동을 위한 저마찰
이 어플리케이션의 주요 요구사항 중 하나는 최소의 마찰로 시스템 내 원활한 주행이 가능해야 한다는 것이었다. 환자가 안전장치를 한 채로 움직이기 때문에 부착된 케이블을 끌어당기는 상황을 최소화하는 것이 중요했다. 바로 이 요구조건에 HepcoMotion GV3의 V 가이드 기술력이 그 진가를 발휘했다. 즉 V 가이드 기술을 통해 고객들은 편심 베어링을 조정해 예압을 줄여 줄 수 있기 때문이다. 최소의 페이로드로 캐리지의 더 부드러운 운동이 가능하며 저항력도 감소된다.


고부하 가능
대부분의 시간 동안에는 별도의 하중이 가해지지 않지만, 안전장치를 한 사람이 비틀거릴 경우 최대 150kg의 무게를 지탱할 수 있어야 하므로 결국 환자의 모든 무게를 이송할 수 있을 만큼 강한 시스템을 구축하는 것이 기본 조건이었다. 따라서 하중 용량이 1천kg가 넘는 GV3는 이러한 요구조건을 충족시켰다. 갠트리의 최대 속도는 8m/s이지만, 이번 시스템의 작동 조건은 안전장치를 착용한 환자의 일반적인 보행속도 수준(약 1.5m/s)에 맞추면 됐다.

Exeter대학의 수석 실험 책임자인 James Bassitt은 '이번 연구를 통해 향후 기대되는 바가 매우 큽니다. 단순히 파킨슨병 환자뿐만 아니라 신경병리학, 치매, 저이동성 또는 고관절 치환술과 같은 수많은 다른 의학 분야에도 도움을 줄 수 있기 때문입니다. 우리는 초기 컨셉 작업부터 전체 사양확정 및 최종 제작에 이르기까지 HepcoMotion의 기술팀과 긴밀하게 협력했습니다. Hepco는 특히 저마찰 요구사항과 관련된 도전과제들을 해결하는 데 큰 도움을 주었습니다.'라고 전했다.

현재 연구팀은 파킨슨병을 앓는 환자들에게 올해 말까지는 이 시스템을 우선적으로 사용할 수 있도록 할 계획이다. [정리=김지성 기자]