"의수 제작 가능할까요?" - 3D 프린팅 전자 의수 제작기

[adsense]안녕하십니까? ^^

만드로의 운영자 ‘만드로용’입니다. (별칭: ANTIROOT)

지난 2주 동안 제 머릿속을 가득 채운 한 가지 즐거웠던 프로젝트가 있습니다. 드디어 오늘(2014년 1월 26일) 이 프로젝트에 관한 1차 마무리 정리 글을 씁니다. 먼저, 긴 글에 앞서 이 프로젝트명은 다음과 같습니다.

“두 손을 잃은 전직 프레스 엔지니어를 위한 3D 프린팅 전자 의수 제작 프로젝트”

계기: ‘정상에서’ 님의 글을 읽다

이 프로젝트는 우연한 계기로 시작됐습니다. 저는 지난 2015년 1월 8일 목요일 오전, 네이버 오픈크리에이터즈 카페 자유게시판에서 ‘정상에서’ 님의 글을 접하게 되었습니다.

2015년 1월 8일 오전에 쓰여진 '정상에서' 님의 글 — 2015년 1월 8일 오전에 쓰여진 ‘정상에서’ 님의 글

위와 같은 가슴 아픈 사연이 올라오자, 커뮤니티의 많은 분들께서 ‘포기하지 마시라’는 댓글을 아래와 같이 남겨주셨습니다.

'정상에서' 님의 사연에 대한 많은 카페 분들의 댓글 중 일부 — ‘정상에서’ 님의 사연에 대한 많은 카페 분들의 댓글 중 일부

저는 오전 10시쯤 ‘정상에서’ 님의 글을 접했습니다. 비록 아는 분은 아니었지만, 저와 동갑이었고, 저도 언젠가 저런 날이 올 수도 있겠다는 상상도 해보고, 앞으로 어렵게 살아가셔야 할 분이기에 돕고 싶다는 마음을 먹고, 신중하게 재능 기부를 고민했습니다.

재능기부 고민하다 + ‘니오’ 님의 참여 약속

특히, 외국 사례를 보니, 제가 아는 지식을 총동원하면 만들 수 있을 것 같았습니다.

미국 WUSTL 대학의 학생들이 제작한 3D 프린팅 전자 의수

또한, 제가 제일 부족한 3D 모델링 보완 부분에서는, ‘니오’ 님께서 도움을 주시기로 약속하셔서 더욱더 가능성이 있다고 판단했습니다. 그리하여, ‘정상에서’ 님의 의견을 구한 후, WUSTL 대학에서 사용한 방법과 유사한 형태의 설계를 간단히 마친 후, 그날 오후 2시부터 전자 의수를 제작하기에 이르렀습니다.

"만들자!" 저 (만드로용), 니오 님 그리고 몇 분들의 댓글 중 일부 — “만드로 볼까요?” 저 (만드로용), 니오 님 그리고 몇 분들의 댓글 중 일부

제작에 착수하다

3D 프린팅과 아두이노 및 센서 기술 그리고 소프트웨어(기계 학습) 의 만남

※ 기술적 설명

어깨 관절 움직임을 인지하여, 손의 쥠 – 폄의 움직임으로 바꾸어 주는 방식입니다.
외국 기사의 동영상 중간에 지나가는 화면에서, 약간의 기술적 힌트를 얻을 수 있었습니다.

제가 제일 먼저 한 것은 아두이노 및 센서 부 전자회로 프로토타입 제작 및 구동 테스트입니다. (회로도는 그려 놓은 것이 있긴 한데, 조금 더 다듬은 후 공개하겠습니다. ^^) 아래 동영상은 1월 9일 새벽에 찍은 전자회로 구동 테스트 영상입니다.

다음으로 본격적인 3D 프린팅 작업을 착수했고, 무려 6차례에 걸친 시행착오를 겪었습니다. 공차, 크기, 인장력, 후가공 등의 측면에서 여러 차례 어려움이 있었습니다. (약 130시간 내외의 3D 프린팅 작업을 했는데, 앞으로는 이런 일이 없을 것입니다. ^^)

첫 출력물이라서, 공차 개념 없이 출력한 결과, 약 5시간의 후가공이 필요했습니다.

3D 프린팅 작업 후, 따봉(Like - 좋아요) 모양을 만드로 본 결과입니다. 나중에는 이러한 감정을 나타낼 수 있도록 손가락 별 제어를 추가할 계획입니다. — 3D 프린팅 작업 후, 따봉(Like, 좋아요) 모양을 만드로 본 결과입니다. ^^ 나중에는 이러한 감정을 나타낼 수 있도록 손가락 별 제어를 추가할 계획입니다.

어깨로 커멘드를 ↑ ↓ ← → 로 입력하면 따봉 (Good / Like) 을 시전할 수 있습니다. 하지만 직접 어깨로 해 보니 너무 어려웠습니다(ㅠ_ㅠ). 그래서 첫 제작에는 위와 같은 건 제외했습니다.

앞 뒤에 임시 고정용 와이어를 연결한 후의 모습입니다. ^^ 이후, 모두 적당한 다른 와이어로 교체해야 했습니다.

한참 위와 같이 만들고, 지인분들께 중간 과정을 보여드리던 중, 몇몇 선생님께서 제게 위키데이 2기/3기 모집에 참가해 보라고 제안을 해 주셨습니다.

위키데이

‘위키데이’에 참여하다

저는 위키데이를 비영리 창작자를 위한 지원 행사라고 생각하고 있었고, 잠재 메이커 발굴에 더 중점을 둔다고 생각해서, 참가할 생각은 없었습니다. 하지만 다시 생각해 보니 의수 제작이 재능 기부로 시작하여 무료로 진행 중이니, 더 나은 의수 제작을 위한 재료비 확보 용도로 쓰면 좋겠다는 생각에 지원했습니다.

그리고 앞서 댓글에서도 도와주시겠다고 하신 절친 ‘니오’ 님(김영환)께서 같이 팀으로 참가하셨습니다. 이 일 때문에 2일간 본업을 놔두고 오셔야 했기에 더욱 감사합니다! 그 결과, 조금 더 열심히 단기간에 의수 제작을 할 수 있었습니다. 팀 이름은 ‘정상에서’ 님을 위해 시작했기에, 그분 닉네임을 그대로 따랐습니다.

아래는 마지막 2일 밤낮으로 진행한 결과입니다.

'정상에서' 님의 팔 치수 및 손 크기를 감안하여, 재 제작한 의수 골격과조금 더 좋은 서보모터로 재구성한 회로 부분입니다. — ‘정상에서’ 님의 팔 치수 및 손 크기를 고려하여, 다시 제작한 의수 골격과 조금 더 좋은 서보모터로 재구성한 회로 부분입니다.

위키데이 2기/3기 행사가 시작되었고, 20개 참여팀의 명단이 호명되는 순간입니다.

잠시 틈이 나서 위키데이 작업 현장에서 한 장 찍어봤습니다. ^^ '니오' 님은 사진 찍히는 것을 무척 싫어하셔서 제 카메라에 사진이 없습니다. ㅠㅠ — 잠시 틈이 나서 위키데이 작업 현장에서 한 장 찍어봤습니다. ^^ ‘니오’ 님은 사진 찍히는 것을 무척 싫어하셔서 제 카메라에 사진이 없습니다. ㅠㅠ

위키데이 첫날 마지막에는, 전자 의수를 제 어깨에 장착한 후, 어깨 움직임 감지 부분을 최적화하는 작업을 수행했습니다. 이를 위해서, ML (기계 학습) 기법의 일부인 C4.5 Decision Tree 유사 방식을 활용했고, 시간 관계상 오프라인에서 감독 학습 후, 동작 조건을 하드 코딩하였습니다.

앞으로는 지구 중력 방향 보정 및 사용자 참여형 비감독 학습 기술을 적용하여 센서의 견착 위치 및 방향 또는 사람마다 다른 골격의 특이점을 이해할 수 있도록 해야 하겠습니다.

아래는 첫날 촬영한 테스트 영상입니다. ^^ 제가 착용하고 있는 모습입니다.