CubeMars 로봇 액추에이터, 조지아텍 AI 외골격을 구동하며 Science Advances에 소개

CubeMars 액추에이터로 구동되는 AI 기반 하체 외골격

인간 이동성의 재정의 

조지아 공대(Georgia Tech)는 스탠포드 대학교와 펜실베이니아 대학교와 협력하여 실제 보행 효율을 향상시키기 위해 설계된 고급 AI 기반 외골격 시스템을 개발했습니다. 최근 Science Advances에 소개된 하체 로봇 외골격(AI-driven universal lower-limb exoskeleton system for community ambulation[1])은 CubeMars 모터로 완전히 구동됩니다 AK80-9 KV100 로봇 액추에이터 - 정격 토크 9Nm, 48V, 485g으로 고효율 토크 제어와 정밀한 움직임을 제공합니다.

AI 기반 적응형 지원: 실시간 지형 감지

실시간 환경 인식

이 시스템은 딥러닝 알고리즘을 활용하여 다음을 구현합니다:

• 300ms 내 보행 단계 추정

• 800ms 내 경사 감지

-33°에서 +33° 범위의 지형 상태를 인식하며, 평지, 오르막, 계단, 내리막을 구분합니다.

스마트 지원 모드 전환

감지된 지형을 기반으로 외골격은 토크 지원 전략을 자동으로 조정합니다:

에너지 효율 향상

AI 제어는 기존 방법에 비해 86%의 대사 에너지 절감을 개선합니다 (6.5% 대 3.5%), 사용자 만족도는 10점 만점에 7.2점입니다.

생체 모방 토크 지원: 스프링 및 댐퍼 제어

언덕 계단: 스프링 유사 강성 제어

무릎 스프링의 자연적인 동역학을 시뮬레이션하며, 토크는 0.3에서 1.6 Nm/deg까지 선형적으로 증가하여 부드럽고 효율적인 오르막 보행을 가능하게 합니다.

내리막: 댐퍼 유사 에너지 흡수

댐핑 전략을 활용하여 유압 브레이킹을 모방하며, 저항은 최대 0.16 Nm·s/deg로 충격과 관절 부담을 줄입니다.

밀리초 수준의 반응 시간

액추에이터 시스템은 100Hz 제어 주파수로 작동하며, 실시간 보행 단계 추정을 기반으로<2.5% 위상 오차로 정밀한 지원 타이밍을 보장합니다.

CubeMars 액추에이터가 외골격 로보틱스에 적합한 이유

AK80-9 액추에이터 주요 특징

CubeMars AK80-9 로봇 액추에이터는 착용형 외골격에 필수적인 경량 설계를 가능하게 하여 ‘자체 중량에 따른 에너지 비용’이라는 일반적인 문제를 해결합니다. AK80-9 파워 모듈은 고성능 브러시리스 모터, 유성 기어박스, 드라이버를 하나로 통합한 고도로 통합된 솔루션으로, 높은 토크와 부드러운 작동을 제공합니다.

상위 컴퓨터는 원클릭 지능형 매개변수 식별과 서보 모드와 MIT 모드 간의 원활한 전환을 지원하여 조정 프로세스를 크게 단순화합니다. 기존 제어 방식을 넘어 위치, 속도 및 가속 제어의 동기화를 달성하며, 적응형 PID 조정을 제공하여 복잡함을 없애고 정밀한 목표 지정을 보장합니다.

준 직접 구동 + 기어 감속

9:1 기어비의 독특한 조합과 준 직접 구동 모터 달성하다:

• 계단을 오르기 위한 높은 토크 출력

• 부드럽고 자연스러운 보행을 위한 낮은 임피던스

• 끊김 없는 움직임 — 부드러운 지원 곡선만 제공

실제 적용을 위한 길을 열다

이 획기적인 프로젝트는 오픈소스로 공개되어 CAD 하드웨어 설계와 AI 학습 데이터셋에 접근할 수 있으며, 다음을 위한 외골격 개발을 가속화합니다:

• 의료 재활

• 물류 및 중량 지원

• 개인 이동성 향상

CubeMars는 연구팀과 협력하여 차세대 통합 액추에이터 모듈을 공동 개발하고 있으며, 외골격 기술을 연구실에서 일상 소비자 시장으로 확장하고 있습니다.

참고 문헌:

[1] Science Advances：AI-driven universal lower-limb exoskeleton system for community ambulation