최고의 성능을 자랑하는 독일 DLR의 수술용 로봇 Miro Surge

처음.. 수술용 로봇을 리뷰한 것이 Intuitive Surgical의 daVinci(다빈치)라는 로봇이었는데요.[바로가기] 그리고 나서 최근 독일 우주 항공 센터의 로봇 팔을 소개했었구요.[바로가기] 그 독일 항공 우주 센터가 DLR이라는 곳인데 KUKA와 겁나게 좋은 관계에 있다는 이야기(^^)도 했죠... 그곳 DLR에서 겁나게 잘하는 그~~~ 로봇암 만드는 기술로 수술용 로봇도 만들었답니다. Miro Surge라는 로봇인데요. 오늘은 그 이야기를 할까 합니다. 언제나 그렇듯.. 이 페이지의 모든 내용은 그냥~~~ 인터넷으로 조금만 관심있게 찾아보면 다~~~~ 찾을 수 있는 내용들입니다.^^

침대 고정형 로봇으로 다빈치와 다른 뭔가 묘~한 매력이 있다. 출처 : DLR 공식 홈페이지.

솔직히... 정말 이쁘게 생겼습니다.ㅠㅠ. 이 로봇은 침대 고정형인데요. 다빈치가 가지고 있는 RCM(Remote Center of Motion)이 기계적으로 구현된 것이 아닙니다. 그래서 더 매력적으로 보입니다.^^. 물론 RCM은 안전상 중요한 포인트이기 때문에 아마 DLR에서는 Miro를 만들때 분명 엄청나게 안전에 대해 고민했겠죠...

솔직히... 그냥.. 이쁘게 잘 빠졌다. 일반적인 교육용이나 엔터테인먼트용으로 사용해도 정말 괜찮을 정도이다. 출처 : DLR 공식 홈페이지.

이런거 보면 주눅만 들 수도 있지만 말이죠^^ 항상 느끼는 거지만.. 이렇게 잘 만들어 놓은 것을 계속 보면 눈만 높아지는데 말이죠.^^. 저의 직상 상사분들께는 보여드려서는 안될 모양입니다. ㅎㅎㅎ

DLR의 조종기... 힘을 쉽게 전달하고 받을 수 있도록 안정적으로 설계된 느낌이다. 출처 : DLR 공식 홈페이지.

특히.. 위 사진에 나와있는 DLR Miro의 조종기를 보면 정~말 심플하게 잘 만들었다는 느낌을 지울 수 없습니다. 다빈치[바로가기]는 조종기부터 뭔가 웅장함을 준다면... DLR은 뭔가 간편하고 쉽다는 느낌을 주는듯 합니다.

설명을 위해서는 [바로가기]에 나와있는 동영상을 보시면 좋을 듯 합니다. 이 동영상은 그냥 mp4로 올라가 있더군요^^.

출처 : DLR에서 배포하는 비디오의 캡쳐 DLR_MIRO_in_the_MiroSurge_System

일단... 총 세개의 미로팔인데.. 하나는 카메라를 두 개에는 수술용 인스트루먼트를 장착했네요... 장작된 것은 포셉(forcep)입니다.^^

출처 : DLR에서 배포하는 비디오의 캡쳐 DLR_MIRO_in_the_MiroSurge_System

조종간도 보입니다. 특이할 부분은 우리야 영상으로 보니까 모르지만 수술 대상에 삽입된 인스트루먼트가 느끼는 힘을 조종간에 같이 전달해주는 force feedback 기능이 구현되어 있다고 하네요.

출처 : DLR에서 배포하는 비디오의 캡쳐 DLR_MIRO_in_the_MiroSurge_System

그리고... 자유로운 팔의 수동 조작을 보여주고 있구요^^

출처 : DLR에서 배포하는 비디오의 캡쳐 DLR_MIRO_in_the_MiroSurge_System

특히... 보조자의 도움 등에 필요한 작업공간 확보를 위한 redundant가 구현되어 있다는 것이 또한 특이할 만한 점입니다.

출처 : DLR에서 배포하는 비디오의 캡쳐 DLR_MIRO_in_the_MiroSurge_System

그리고... 각 조인트에는 위치 센서와 함께 토크 센서도 장착이 되어 있다고 하네요^^

출처 : DLR에서 배포하는 비디오의 캡쳐 DLR_MIRO_in_the_MiroSurge_System

헉~~~ DLR의 저 회로 보세요.. 좀 있다가 이야기하겠지만... 저렇게 회로와 각 부품을 구겨(^^)넣어서 최종적으로 엄~청 이쁜 모양을 잘 만들어 냈나봅니다. 솔직히 일반적인 로봇암들과 비교하면 그냥 조립 pc와 맥프로를 비교하는 느낌이라고나 할까요^^

출처 : DLR에서 배포하는 비디오의 캡쳐 DLR_MIRO_in_the_MiroSurge_System

저렇게 구현된 회로의 각 종 노이즈 등은 잘 잡은 거겠죠?^^ 우와~~ 부럽습니다.

출처 : DLR에서 배포하는 비디오의 캡쳐 DLR_MIRO_in_the_MiroSurge_System

특히.. DLR의 Miro는 환자의 몸을 스캔해서 삽관 포인트를 잡아 주는 기능을 가지고 있네요^^

출처 : DLR에서 배포하는 비디오의 캡쳐 DLR_MIRO_in_the_MiroSurge_System

그리고.. 환자의 몸에 저렇게 화살표까지.. 표현시키는 군요.. 흠~~~~

출처 : DLR에서 배포하는 비디오의 캡쳐 DLR_MIRO_in_the_MiroSurge_System

특히... 다빈치의 것과는 다른것이 저렇게 인스트루먼트에 장착된 7 축 force / torque 센서라는 것입니다. 저런 센서 한 번 잘 쓰는 것이 저는 소원인데 말이죠ㅠㅠ.

출처 : DLR에서 배포하는 비디오의 캡쳐 DLR_MIRO_in_the_MiroSurge_System

특히.. DLR의 Miro는 꼭 팔 세 개가 아니라도.. 카메라만으로도 괜찮지 않냐는 것을 보여줍니다. 카메라가 자동으로 스캐닝을 도와주고 있거든요^^

도대체.. 이런 디자인이 비영리 기관에서 나올 수 있는것일까?? 출처 : DLR 공식 홈페이지

이 엄청난 로봇~~~ 수술용 로봇.. Miro Surge는 여러가지 흥미로운 매력이 많습니다. 물론 제가 그렇게 애쓰고 다 같이 노력해야하는 거지만. 그래도 저런 로봇 팔 한 번쯤 누가 기증한다면 제가 잘.... 쿨럭.. 죄송합니다. 쓸데없는 욕심을...ㅠㅠ

DLR MiroSurge에 나타나있는 재원^[각주:1]이다.Payload가 30N이라니.. 저 길고 가느다란 팔이... 대단합니다.

DLR Miro Surge의 제어기 구조. 출처 : DLR 공식 홈페이지

이미 [바로가기]에서도 이야기했지만... 이 팔의 제어구조는 위 그림에 나타나 있습니다. 크게 두 부분으로 모터 레벨에서 3kHz의 주기의 제어기가 있으며, 그 조인트 제어기와 통신으로 상태를 주고 받으면서 동작하는 cartesian 레벨의 제어기가 있습니다.

그리고... 이런 멋진 수술용 로봇 팔에 들어갈.. 그에 어울리는 인스트루먼트가 당연히~~ 있습니다. 이름은 MICA입니다.

Miro에 사용되는 인스트루먼트인 MICA이다. 출처 : DLR 공식 홈페이지

위에 원통형 부분이 특이한데 저기에 모터 3개가 위치해있다.

저 모습에서 왜... 난... 이쁘다고 느끼는 걸까????^^ 출처 : DLR 공식 홈페이지...

와이어 방식은 어쩔 수 없지만.. 그 와이어가 최소화된 MICA의 매력도 충분합니다.

특히 MICA는 인스트루먼트와 모터 드라이버 부분이 같이 있는 것이 특징입니다.

MICA의 drive 부분... 출처 : DLR 공식 홈페이지

이걸 뭐라고 해야하는 걸까요^^. MICA의 드라이브 부분의 내부 회로입니다. 이쯤 되면.. 예술이라고 해야겠죠?^^

MICA의 구성 출처 : MICA - A new generation of versatile instruments in robotic surgery, Sophie Thielmann in Institute of Robotics and Mechatronics, German Aerospace Center

특히 MICA는 모터가 세 개가 들어가 있으며, 모터에서부터 tool interface까지는 ball screw로 되어 있습니다.^[각주:2] 대단하죠^^

MICA 끝단의 구조 출처 : MICA - A new generation of versatile instruments in robotic surgery, Sophie Thielmann in Institute of Robotics and Mechatronics, German Aerospace Center

저렇게.. gripper와 joint 8, 9를 움직이는 용도로 모터 세 개가 들어가 있습니다. 끝단만 놓고 보면 다빈치처럼 와이어 방식이지요. 그리고 joint8과 gripper 사이에 7축 토크 센서가 들어가 있구요.

MICA의 모터 모듈의 기계적 구조 출처 : MICA - A new generation of versatile instruments in robotic surgery, Sophie Thielmann in Institute of Robotics and Mechatronics, German Aerospace Center

각 모터들은 조금씩 다른 각도로 screw 타입으로 나란히 들어갈 수 있도록 된 것이죠...

MICA의 모터 제어기 모듈... 출처 : MICA - A new generation of versatile instruments in robotic surgery, Sophie Thielmann in Institute of Robotics and Mechatronics, German Aerospace Center

모터와 제어기는 저렇게 한 모듈로 되어 있습니다. 저도 저렇게 만들고 싶다는 생각을 자주 했는데 DLR이 이미 구현했네요^^

이제 위 동영상 한 번 보시죠... 독일 DLR의 수술용 로봇인 Miro Surge아 어떤 로봇인지 정말 잘 보여줍니다.특히 눈여겨 보실 부분은

00:25초 지점의 스캐닝 장면과 (스캐닝 장비가 무거워 보이는데 오퍼레이터가 쉽게 움직이는 부분까지)
00:45초 지점에서 보이는 삽입해야할 환자의 몸 지점을 표기해주는 부분
01:00초 지점에서 팔이 삽입지점까지 저절로 움직이는 부분
01:30초 지점에서 다가온는 팔을 오퍼레이터가 손으로 저지하는 부분 (그럼에도 불구하고 다시 움직이는 것까지)
02:36초 지점에서 수술이 진행중인데도 불구하고 잘 구현된 redundant control로 인해 보조 진행자가 쉽게 자리를 확보하고 수술중인 의사를 측면에서 도와주는 장면...
03:20초 지점에서 환자 침대도 로봇의 일부임을 보여주는 장면^^
그리고.. 마지막으로.. 로봇이 전체적으로 이쁘다는 것~~~^^

입니다. 얼마나 잘 만들었는지. 그거 감탄만 하다가.. 살짝 블로그에 소개합니다.~~^^

1. 출처 : http://www.dlr.de/rmc/rm-neu/en/desktopdefault.aspx/tabid-3828/ [본문으로]
2. 출처 : MICA - A new generation of versatile instruments in robotic surgery, Sophie Thielmann in Institute of Robotics and Mechatronics, German Aerospace Center [본문으로]