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[KISTEP 기술동향브리프] 의료서비스 로봇

< 목  차 >

제1장 개요

제2장 기술동향

제3장 산업동향

제4장 정책동향

제5장 R&D투자 동향

제6장 결론

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제1장 개요

1.1 작성배경

■급속한 고령화 및 저출산 시대의 의료 인력 부족상황을 대비하기 위해, 정부는 ICT와 융합된 의료기술 등의 새로운 해결책을 제시하고 있음

○우리나라는 ’17년 8월 65세 이상 고령자가 인구의 14%를 초과하는 ‘고령사회’에 진입하였고, 8년 후에는 ‘초고령사회(20% 초과)’에 진입이 예측 됨1)
- 저출산이 심화되어 출산아동이 ’22년 이전에 20만명대로 떨어질 전망으로, 생산가능 인구가 감소하여 고령화 사회를 대비할 의료 인력도 부족한 실정2)

○의료·재활·돌봄 등 의료서비스 분야는 IT와 의료기술이 세계 정상급인 우리나라가 선점할 수 있는 몇 안 되는 분야로, 저출산·고령화 대응을 위한 필수 분야임
- 4차 산업혁명 시대 통신, 의료기기 등 관련 산업의 시너지 및 일자리 창출 효과
- 장애인, 노인 거동 보조, 재활운동 보조 등에 로봇공학 기술을 적용하여 고령화 사회 서비스혁신, 새로운 비즈니스 모델을 창출하는 니즈에도 부합

○정부는 ’18년 제4차 과학기술기본계획, 범부처계획 및 제2차 과학기술 기반 국민생활(사회) 문제 해결 종합계획 등을 발표하고 국민행복 실현을 비전으로 “의료서비스 로봇 등” 3대전략 /10개 추진과제를 제시한 바 있음3)
- ‘과학기술로 모두가 행복한 삶 구현’을 설정하고 국민들에게 쾌적하고 편안한 환경, 건강한 삶을 제공하고 재난·안전 등 사회문제 해결에 기여 확대4)
- ’22년까지 지능형 제조로봇 및 의료·안전분야 서비스로봇을 개발·확산하고, 생산성 향상 및 삶의 질 개선을 목표로 미래성장 가능성이 크고 내수기반이 갖추어진 유망분야 중심으로 수요처 발굴, 마케팅 등 종합 지원하겠다고 발표5)

■이에 본고에서는 의료서비스 로봇 분야에 대한 정부연구개발 투자의 효율성 제고를 위하여 기술 범위를 정의하고 관련동향 분석 및 시사점을 도출함

1.2 기술 정의 및 분류

■의료서비스 로봇(Medical Service Robot)의 정의와 분류는 연구자에 따라 다양할 수 있으며, 국내에서는 관계부처 및 로봇협회에서도 지속적으로 논의 중인 사항으로 아직까지 명확한 기준은 제시되지 않음(표 1)

<표 1> 의료서비스 로봇의 정의

○의료서비스 로봇의 범위는 해외의 경우 시장의 크기, 수요를 고려하여 수술, 재활, 간호, 안내, 물류 등 핵심 기술 중심의 분류 체계를 적용하고 있으며, 국내의 경우 정확한 정의는 없으나 돌봄, 간호 등의 서비스행위 중심의 포괄적 범위로 접근함

■본고에서는 관련 문헌연구 및 전문가 자문을 통해 다음과 같이 용어를 정의하고, 의료서비스행위의 목적 중심의 분류 체계를 설정함

○의료서비스 로봇은 의료 현장의 다양한 분야에 의료 목적의 고품질 서비스 행위를 인간을 대신하여 수행하는 로봇으로 정의하고, 기존의 의료기기(Medical Device) 또는 의료로봇 (Medical Robot)보다 서비스로의 범위를 확장시켜 분류체계 설정함(표 2)
- (수술로봇) 수술의 전 과정 또는 일부를 의사 대신 또는 함께 보조하는 기술
- (재활로봇) 환자/노약자/장애인 등의 치료/보조/돌봄 및 간호/간병하는 기술
- (보조서비스로봇) 사물을 대상으로 하는 의료 서비스행위인 물류 및 약재제조와, 원격진료 및 훈련을 통한 안전/호환성/성능/표준화 평가 기술

<표 2> 의료서비스 로봇 기술의 범위

※ 위 분류에 개인 맞춤형 진단시스템, 스마트 워치 및 지능형 재활보조기기 등은 로봇으로 분류할 수 없기 때문에 본고에서는
제외함
* 기구가 피부를 뚫고 들어가며 발생하는 생체에 대한 상해
** 가상공간에서 촉감을 느낄 수 있게 하는 것

제2장 기술동향

2.1 해외동향

■(수술로봇) 인간의 한계를 넘어서는 고정밀도·고난이도의 기술이 요구되어 자동화, 스마트화, 최소침습 관련 기술이 개발되고 있음8)

○(미국) 다빈치(da Vinch) 수술로봇을 선두로 수술상처가 여러 곳인 멀티 포트(multi port) 방식에서 하나인 단일 포트(single port)위주의 기술이 개발되고 있고9), 최소침습* 및 마이크로 수술을 위한 초소형 신체삽입형 로봇연구도 수행10)
* 개복과 같은 큰 절개 없이 주사바늘 정도의 최소 절개만으로 시술 통로를 확보한 뒤 영상을 보면서 미세한 수술 도구를 이용해 치료하는 시술

○(독일) 수술 로봇이 투입되어야 하는 목표점에 신속·정확하게 도달가능하게 하면서 주요 경로 주변에 위치한 위험 조직과 최소 충돌하는 최적경로 연구 수행11)

○(일본) 동경대 로봇연구그룹은 수술용 로봇의 범용화를 목적으로 조작성능 향상과 의사의 손기술로는 수술이 매우 어려운 초미세 수술기술 개발을 수행하고, 연조직 대응, 경조직 대응 및 혈관내부 치료용 마이크로로봇 등 3개의 플랫폼을 제안한 바 있음

○(중국) 암 수술이나 안과 질환 등에 군집 나노 로봇을 보내 약을 전달하거나 종양을 제거하는 목적으로 인공 마이크로 군집 로봇을 제어하는 기술개발 수행12)

■(재활로봇) 건강관리에 로봇 제어기술이 접목된 생활보조 로봇보다 환자 및 고령자의 치료재활분야 위주의 다양한 기술이 개발되고 있음13)

○(미국) 미국국립보건원(NIH)을 중심으로 이동 및 생활지원, 신체기능 대체, 재활훈련 등 전 분야에 걸쳐 연구개발 및 다수의 제품의 상용화 연구개발 수행

○(독일) 미리 정해진 궤적을 따라 움직이는 트레드밀 형태 말단 장치* 보행재활로봇, 착용형 외골격(exoskeleton) 보행재활로봇, 손/팔 재활용 상지(어깨와 손목 사이 신체부위)훈련로봇, 균형재활장치 등 치료영역에 집중하여 단순화·저렴화 제품을 위한 기술 지속 개발
* End-effector, 로봇이 작업을 할 수 있도록 기계 접속이 가능한 로봇의 끝부분

○(일본) 동경대에서는 수동 휠체어에 낮은 높이의 장애물을 자동으로 넘는 보조 시스템 등 ICT·로봇 기술 등을 융합시켜 안정성·신뢰성을 향상시키는 기술 발표14)

○(중국) 외골격 로봇의 단순동작 반복 시 실시간 제어 기술, 3D 프린팅 기술을 이용한 환자 맞춤형 웨어러블 기기 제작 등의 연구수행15)

■(보조서비스로봇) 반복적·노동집약적 업무를 위한 물류/약재처리 로봇, 가상 현실기술 활용 훈련/평가 및 원격진료·진단 기술 등이 개발되었음

○(미국) 오쏘 VR(Osso VR)의 VR 수술 훈련 플랫폼에는 공인된 외과 수술 훈련을 위해 4K 해상도 /360도 몰입식 가상현실 기술이 활용됨16)

○(일본) 파나소닉 자율운반 로봇 HOSPI-R은 병원 내 물류운반에 이미 적용중이며, 자동문 및 엘리베이터 연동 자율주행, 물품인식, 인간협업 기술 융합 추세17)

○(중국) 의약 조제 시간 단축을 위한 의약 클라우드 시스템 및 의약조제 로봇, 환자 상태 실시간 관리를 위한 원격 진료 리빈(Lepion) 로봇 개발 및 병원과 협업연구 진행18)

2.2 국내동향

■(수술로봇) 미세부위 수술이 가능한 원격 카테터(Catheter)* 기술이 최근 개발되었으며, 신체 삽입이 가능한 의료용 마이크로로봇도 활발히 연구
* 신체 삽입 후 내용액의 배출 측정이 가능한 고무 또는 금속제의 가는 관

○한국과학기술연구원(KIST)은 미세수술 로봇 ‘닥터 허준’(Dr. Hujoon)을 개발하여 수차례 전임상 동물 실험을 성공시켰으며, 고도화 및 안정화시킨 로봇 시스템으로 사체(카데바)를 이용한 전임상 시험에 성공19)
- 닥터 허준은 로봇 팔에 장착된 직경 3mm 카테터를 6 자유도(Degree of Freedom, DOF) 햅틱 마스터 장치를 사용한 원격 구동으로 경막**외 공간 내에 삽입 및 조향하는 로봇 시스템
- 시술 중 2차원 영상을 카테터의 3차원 위치로 계산해 집도의에게 제공하는 가상현실 (VR) 내비게이션 시스템도 구현되어 있음
** 뇌와 척수를 둘러싸고 있는 3겹의 뇌막 중 가장 바깥에서 둘러싸는 막

○신체삽입이 가능한 마이크로의료로봇 분야는 한국이 가장 활발히 연구하고 있음
- 미국 FDA인증을 받은 캡슐내시경, 세계최초로 개발된 혈관치료 마이크로로봇, 암 치료용 박테리아 로봇, 이탈리아에 기술 이전된 대장내시경로봇, 최근 미국 스타트업에 기술 이전된 줄기세포마이크로로봇 등이 있음20)

○대구경북과학기술원(DGIST)은 다양한 체내외 환경에서 줄기세포를 정밀하게 전달하고 이식할 수 있는 미세전자기계시스템(Micro Electro Mechanical Systems; MEMS) 기술을 이용한 마이크로로봇 개발21)
- 3차원 레이저 리소그라피 공정을 통해 마이크로(1μm=10-6m)사이즈의 초미세 3D 구조물을 구현하고, 외부 무선 자기장을 이용하여 체내에서 구동이 가능
- 정확한 양의 줄기세포 기반 치료세포를 신체조직 및 장기에 정밀하게 이식할 수 있어 퇴행성 신경계질환 치료 효율과 안전성을 높일 것으로 기대

■(재활로봇) 일상생활 간병/돌봄분야(이승, 식사, 배설, 욕창예방 등) 로봇과 재활 치료/보조용 외골격 로봇 연구가 활발함

○산업부 ‘돌봄로봇공통제품기술개발’ 사업에서 일상생활 간병로봇의 상용화 제품 개발연구를 수행하며, 다양한 현장실증 및 안전성 검증 등을 위해 복지부의 ‘돌봄로봇 중개연구 및 서비스 모델’ 사업과 협업하여 추진
- 국립재활원은 재활로봇 연구용 테스트베드·인프라인 ‘로봇짐(Robot Gym)’을 운영하며, ’19년부터 다기관 임상연구, 근력강화 운동로봇, 가정용·보급형 재활로봇, 인허가 안전성 시험검사 지원 및 임상기능측정평가 연구 추진22)

○재활로봇은 외골격로봇 및 하지보행 보조 로봇 위주로 주로 연구되고 있으며, 재활 및 보행 보조 연구는 주로 임상에서 치료사에 의하여 행해지고 있는 치료를 로봇으로 단순 모사하는 것으로, 난이도가 낮은 단계 연구가 활발한 상태

■(보조서비스로봇) 물류로봇의 기능개선과 영상진단보조AI 및 의료용 로봇의 식품의약품안전처 의료기기 임상시험 승인 등 연구 다변화23)

○기사용 중인 병원물류용 자율운반 로봇에 약재처리 및 원격진료기능과 무선주파수를 활용한 환자 체온측정 기능 등 로봇의 ICT기술 융합 추세24)

○인공지능(AI)이 적용된 진단보조 소프트웨어(의료영상검출보조소프트웨어, 의료영상진단보조 소프트웨어 등) 및 재활용 로봇(로봇보조정형용운동장치) 임상시험의 경우 ’17년 대비 각각 2배 증가

<표 3> 연도별 임상시험 승인 현황(’16~’18년)

* 의료영상검출보조소프트웨어 3, 의료영상진단보조소프트웨어 3
** 로봇보조정형용운동장치 4

...................(계속)

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