한계가 없는 기동성: 의족용 모터

Portescap

역사적으로 의족은 이동이 제한되거나 이동할 수 없는 사람이 착용하는 고정된 부속물이었다. 오늘날 최신 의족은 첨단 기술 재료로 제작하지만, 과거 나무 의족과 마찬가지로 사용자가 이러한 수동형 의족을 차고 평범하게 걷지는 못한다. 그러나 새롭게 등장한, 초소형 DC 모터 기술의 혜택을 받아 마이크로프로세서로 제어되는 의족 발목과 무릎은 사용자가 비장애인과 큰 차이 없이 자연스럽게 걸을 기회를 제공한다.

안정적이며 효과적인 보행 능력을 제공하는 능동형 시스템

힘줄과 근육은 신체에 있는 자연적인 완충 시스템이다. 사람이 한 걸음을 뗄 때마다 사지는 적절한 움직임을 취한다. 수동형 의족 시스템은 이처럼 자연스러운 감각을 재현할 수 없기에 절단 환자는 걸을 때, 일상적인 생활을 하기 위해 고군분투할 때 금방 지친다.

능동형 시스템은 더욱 나은 선택지를 제시한다. 지능형 마이크로프로세스를 장착한 능동형 의족은 강화된 안정성, 성능 및 상황 인식능력과 같은 최신식 기술 기능을 제공한다. 이와 같은 지능형 의족 무릎 또는 발목을 착용한 사람은 서로 다르며, 심지어는 더욱 험난한 지형도 속도와 관계 없이 안정적이고 효율적으로 걸을 수 있다. 능동형 시스템에는 유도 충전 기술도 포함되어 코드를 사용할 필요가 없으며, 튼튼한 구조 덕분에 5,000시간 또는 2년 동안 안정적으로 작동한다. 그 결과, 착용자가 더욱 편안하게 쓰기 쉬운 제품이 탄생했다.

일반적인 능동형 의족 시스템 디자인

능동형 의족은 수동형 장치에 비해 더욱 복잡하다. 마이크로프로세서에 더해 능동형 의족에는 보통 기계 및 전자부품, 그중에서도 모터, 완충 시스템 및 배터리가 들어가며 여기에 걸음걸이가 더욱 자연스러워 보이도록 사지 인터페이스가 결합한다. 마이크로프로세서는 높은 해상도, 각도 및 압력 센서를 통해 움직임 단계와 관련된 라이브 데이터를 받는다. 능동형 의족 무릎과 발목 디자인에는 초소형 모션 시스템이 필요하며, 그 이유는 다음과 같다.

• 크기가 작고 무게가 가벼워 최종 사용자가 편하며 더욱 반듯이 걸을 수 있음 • 빠른 반응을 위한 낮은 관성 • 피드백 센서 • 저소음 작동 • 충격 및 진동 저항성 • 약 5,000시간(또는 2년)의 작동 수명 의족 다리 및 발은 상당히 복잡하지만, 수많은 절단 환자가 사용할 수 있도록 경제적이어야 한다. 이러한 요구를 전부 충족시키기 위해 능동형 의족 장치에는 보통 DC 모터, 기어박스 및 인코더가 포함된 모션 시스템이 들어간다.

크기는 작지만 성능은 높은 브러시 DC 코어리스 모터

이러한 응용 분야에 경제적으로 적합한 후보는 브러시 DC 철 코어 모터가 되겠지만, 브러시 DC 코어리스 기술과 귀금속 정류의 결합을 통해 더욱 작은 크기, 경량 유닛으로도 동일한 성능을 발휘할 수 있다. 능동형 의족에 브러시 DC 모터를 쓰면 다음과 같은 이점이 있다.

• 작은 크기. 소형, 경량 모터를 사용하면 의족 착용자의 편의성을 증진할 수 있다. 브러시 DC 코어리스 모터는 철 코어 모터 대비 크기가 최대 30%까지도 작다.
• 매끄러운 회전. 브러시 DC 코어리스 모터는 철 코어 모터에서 보통 발생하는 코깅 효과 없이 매끄럽고 조용하게 작동하는 한편, 사용자가 더욱 확실하게 제어할 수 있다.
• 더욱 높은 시스템 효율성. 능동형 의족 사용자들은 일상생활 중에 의족을 재충전하는 걸 꺼린다. 낮은 전류 소모량과 철 유실이 없는 브러시 DC 코어리스 모터는 이러한 불상사 없이 1회 배터리 충전으로 종일 작동한다.
• 튼튼한 설계. 이러한 모터를 사용한 능동형 의족은 일상적으로 발생하는 충격 및 진동을 견딜 수 있다.

능동형 의족 시스템 디자이너는 Portescap의 비용 효율적인 13N 브러시 DC 코어리스 모터에 R13 기어박스 및 자석 인코더를 결합한 어셈블리로 이러한 이점을 활용했다. 13N 모터는 최대 3.3mNm 연속 토크를 낼 수 있으며, 기어박스는 최대 0.5Nm 피크 토크를 제공한다. 코어리스 모터 기술에 유성 기어박스를 결합하면 13mm 직경의 초소형 크기 대비 압도적인 전력 밀도와 75%의 고효율을 제공하며, 이를 통해 장기간 작동을 위한 배터리 용량 확장이 가능하다.

또한 튼튼하기까지 하다. 13N 초소형 DC 모터는 기계화 금속 튜브 몸체, 장기간 작동 수명을 위한 강력한 전류 시스템 및 플라스틱 기어박스보다 더욱 튼튼한 완전 금속성 기어박스를 갖췄다.
내장된 자석 인코더는 광학 인코더보다 거친 환경에 더욱 저항력이 크다. 고성능 베어링을 갖추고 저속도에서 매끄럽게 작동하기에 소음도 크게 줄어드는 이 어셈블리는 고급 의족에 사용하기에 최적이다.

의족 응용 분야에 사용할 모터, 기어박스 및 인코더 조합을 선택할 때 초소형 모터 제조업체와 긴밀하게 일하는 것이 좋다. 이런 제조업체는 토크 요구사항에 적합한 최고의 모터를 추천하는 것은 물론, 맞춤형 리드선, 출력 샤프트 직경 및 길이, 샤프트 접합, 개조된 코일 및 특별 하우징을 통해 원하는 모터를 맞춤 제작할 수도 있다.

절단 환자의 기동성 문제 해결

Portescap 모터 및 모션 제품은 의족 제조업체가 혁신적인 마이크로프로세서 사용해 무릎 및 발목을 제작할 수 있도록 작은 크기, 저소음 및 저중량, 고전력 밀도, 효율성, 안정성 및 비용의 이상적인 조합을 제공한다.

또한 브러시 DC 코어리스 모터 기술을 기반으로 한 모션 장치의 이점에 능동형 의족의 간단하고도 안전한 유도 충전 및 튼튼한 설계를 더해, 절단 환자가 기존 의족을 사용하며 마주하는 수많은 어려움을 해결하고 더욱 나은 삶의 질을 제공한다.

자료 제공: Portescap(www.portescap.kr)