간호사와 간병인 역할을 하는 의료용 로봇

일본 같은 일부 시장에서는 여러 해 전부터 로봇이 병원과 양로원에서 도움을 주고 있습니다. 현재는 AI와 머신 러닝에 기반한 차세대 로봇(코봇)이 환자 치료에서 보다 적극적인 역할을 하고 있습니다.

최초의 의료 보조 로봇은 1980년대에 등장했습니다. 외과의사들은 접근이 어렵고 고도의 정밀도를 요하는 복잡한 시술에 로봇 암 기술을 사용했습니다. 요즘은 고급 컴퓨터 비전과 인공 지능(AI)을 사용하면서 의료용 로봇이 획기적으로 달라지고 있습니다. 지금은 다양한 로봇 유형이 몇몇 의료 영역에서 다양한 일을 담당하고 있습니다.

수술 보조 로봇

외과의사들이 AI, 머신 러닝, 컴퓨터 비전 같은 신기술을 사용해 복잡한 수술을 집도하면서 새로운 차원의 정밀도, 속도, 보안에 이르고 있습니다. 일부 경우에서는 자율 로봇이 일부 기본 작업을 자동으로 수행하면 외과의사가 이를 제어실에서 모니터링합니다.

외과의사들은 복잡한 시술 과정에서 수술용 로봇의 머신 러닝과 컴퓨터 비전을 통해 신경과 근육 같은 조직을 쉽게 구분할 수 있습니다. 또한 일부 로봇은 고해상도 3D 영상을 이용해 고정밀 봉합 같은 작업도 담당할 수 있습니다.

예를 들어, 2000년에 Intuitive Surgical에서 만든 da Vinci 시스템은 최소 침습 심장 우회술을 집도하는 의사들을 지원하도록 설계된 것입니다. 이 회사는 이후 2003년에 가장 큰 경쟁사였던 Computer Motion과 합병했습니다. 현재의 4세대 da Vinci는 인체공학 플랫폼에 3D 화면과 손목 착용 기구를 갖추고 있습니다. 이는 여러 복강경 절제술의 표준으로 간주되며 연간 실시되는 시술 백만 건 중 약 75퍼센트에서 사용되고 있습니다. 이 회사의 목표는 수술 시 결장, 경구 및 경항문 부분 같은 새로운 시술부를 대상으로 수술 절차 연구를 위한 물리적 및 데이터 플랫폼을 제공하는 것입니다. 예를 들어, 이 회사의 My Intuitive App을 통해 외과의사와 병원 관리자들은 수술 중 흐름을 확인할 수 있습니다. 사용 중인 기기, 이수한 교육 세션 수 등을 알 수 있습니다.

자율 로봇의 지능이 점점 더 발달하면서 수술실에서 더 많이 활용되고 있습니다. 최근 연구에서 일단의 외과의사들이 STAR(Smart Tissue Autonomous Robot: 봉합 수술용 로봇)를 사용해 장문합술이라고 하는 시술인 완전 자율 연조직 수술을 집도했습니다.

외골격 로봇

전 세계에서 매해 수천 명이 사고나 예상치 못한 일을 당해 신손상을 입고 운동 능력의 일부 또는 전부를 상실하고 있습니다.

적절한 치료와 보행 보조기를 통해 많은 환자가 손상에서 어느 정도 또는 완전히 회복할 수 있을 것입니다. 회복이 어려운 척추 손상을 입은 환자는 보행 보조기를 통해 삶의 질을 크게 개선할 수 있습니다. 외골격 로봇 같은 모빌리티 로봇의 도움을 받으면 수술 후 회복이 크게 향상될 수 있습니다.

지난 20년 동안 이동 장애 환자들을 돕는 새로운 기술과 기기가 개발되었습니다. 예를 들어, 특정 유형의 외골격 로봇은 환자들의 보행력이나 민첩성 회복에 도움을 줄 수 있습니다.

이러한 로봇들로 집중 물리 치료를 요하는 치료 과정이 획기적으로 바뀌면서 다시 정상적으로 움직이도록 몸을 훈련하는 데 도움을 주고 있습니다. 외골격 로봇은 환자를 신체적으로 도우면서 자신감을 높여 더 빨리 치료될 수 있게 해줍니다. 아쉽게도 보행 보조용 기술은 고가라서 널리 보급되어 있지 않습니다.

카탈로니아에서 바르셀로나 폴리테크닉 대학(Barcelona Polytechnic University: UPC) 팀이 지난 8년 동안 연구하며 ABLE 외골격 로봇을 만들었습니다. ABLE 외골격 로봇은 경추 C7에서 요추 L5까지 신경 부위 손상을 입은 척수 외상 환자를 위한 경량 기기입니다.

현재 ABLE 설계에는 로봇 공학, 전기 모터, 3D 프린팅, 클라우드 컴퓨팅, 무선 연결 부문의 최신 기술이 모두 들어갑니다.

소셜 로봇

일본에서는 사람과 직접 상호작용하는 소셜 로봇이 여러 해 전부터 병원과 요양 센터에서 사용되고 있습니다. “친근한” 로봇이 사회적 상호작용과 모니터링 역할을 담당합니다.

사회 심리 보조 로봇(Socially assistive robot: SAR)은 치매 환자(PwD) 지원과 돌봄 같이 언어적 의사소통에 기반한 비-약리적 개입을 지원할 수 있습니다. 치매 환자와의 언어적 의사소통에는 시간과 노력이 듭니다. 로봇은 필요한 만큼 오래도록 환자 곁을 지키며 환자와 교감하고 소통할 수 있습니다.

특히 고령 환자의 치료와 교감에서 로봇이 효과가 있는 것으로 입증되며 많은 국가에 존재합니다. 이런 로봇은 환자에게 약 먹을 시간을 알려주고 인지적 관여를 통해 늘 조심하도록 도와줄 수 있습니다. 현재 SAR의 주된 이점은 환자를 자율적으로 보조하여 간병인과 간호사의 부담을 덜어주는 것입니다.

Softbank Robotics에서 만든 휴머노이드 로봇인 Pepper가 그 한 예입니다. 이 로봇은 얼굴과 사람의 기본적인 감정을 인식하는 최초의 소셜 로봇입니다. 키가 120cm인 Pepper는 머리에 마이크 4개, 입 안과 이마에 HD 카메라 2개, 눈 뒤쪽에 3D 깊이 센서가 장착되어 있습니다.

Pepper는 의사소통 능력이 부족할 수 있는 고령자들을 상대하며 연습을 유도하는 등의 몇 가지 단순한 작업을 수행할 수 있습니다. 조작법을 아는 의료인이 Pepper를 모니터링해야 한다는 점을 알아야 합니다.

서비스 로봇

의료 부문에서 로봇이 매일 하는 일 중에는 청소, 비품 파악, 캐비닛 물건 보충, 시설 내 장비 운반 등 일상적인 물류 작업을 보조하는 일이 있습니다.

Aethon에서 만든 TUG 로봇은 이런 일을 수행하는 서비스 로봇입니다. TUG는 복잡하고 변화무쌍한 환경을 다니며 정기적으로 또는 필요할 때마다 간호 단위로 세탁물을 안전하게 전달할 수 있습니다.

서비스 로봇은 청소와 소독 작업도 도울 수 있습니다. 병원 같은 의료 시설에서는 위생과 청결이 가장 중요합니다. 코로나19 팬데믹이 시작되면서 많은 국가에서 로봇과 AI 같은 기존 기술을 이용해 바이러스의 확산을 막았습니다.

로봇은 자외선(UV), 과산화수소 증기 또는 공기 여과 장치를 사용해 접근 가능한 장소를 골고루 청소하고 소독하며 감염 발생을 줄일 수 있을 것입니다. 스타트업 기업인 Akara에서 개발한 자율 주행 로봇 시제품은 이러한 일상적이면서 필수적인 작업 중 하나에 대한 테스트를 받고 있는데 바로 오염된 표면을 자외선으로 소독하는 작업입니다. 그 목표는 병원에서 병실과 장비를 청소하고 소독하는 것을 도와 바이러스와의 싸움을 지원하는 것입니다.

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의료 부문 로봇의 미래

머신 러닝, 데이터 분석, 컴퓨터 비전 및 기타 기술의 발전에 따라 의료용 로봇이 진화하며 더 자율적으로, 효과적으로 그리고 정확하게 작업을 완료하게 될 것입니다.

현재 의료용 로봇은 교육 및 모니터링 절차에 고급 영상과 증강 및 가상 현실을 사용합니다. 새로운 시뮬레이션 플랫폼을 통해 외과의사들은 시술을 계획하고 복잡한 작업을 연습한 후에 환자에게 시도합니다.

의료 전문가가 부족한 국가가 많습니다. 정부 의료 서비스와 민간 사업자는 의사와 간호사를 충원하는 데 상당한 어려움을 겪고 있습니다.

조만간 진단, 기본 수술, 일일 간호 같은 작업에서 로봇이 의사, 간호사 및 간병인을 완전히 대신하는 경우를 상상할 수 있을 것입니다. 의료 전문가를 기계로 대체하기에 앞서 사회학적 관점에서 인적 요인과 영향을 고려해야 할 것입니다. 이런 미래를 실현하려면 기존의 여러 규정도 바꿔야 할 것입니다.

로봇의 기능과 복잡도가 계속 발전함에 따라 의료 및 노인 보호 시설을 포함해 일상의 삶에서 로봇과 더 많이 상호작용하게 될 것입니다.

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