'오르내릴때 덜 힘든 계단' 개발…"고령화 사회에 유용"

美 미주리대·조지아공대 연구팀, '에너지 재활용 기술' 적용

▲ 계단 시제품. [Yun Seong Song et al.]

다리에 힘이 없거나 무릎에 통증이 있는 노인들은 계단 올라가는 일이 힘들다. 고령화 사회가 되면서 계단 이용에 어려움을 겪는 사람의 수는 점점 늘어날 전망이다.

미국 미주리대와 조지아공대 연구진은 이런 사람들을 위해 오르내릴 때 힘이 덜 드는 계단을 개발했다고 15일 밝혔다. 계단을 내려갈 때 다리에서 나오는 에너지를 흡수했다가, 올라갈 때 다리로 에너지를 돌려주는 일종의 '에너지 재활용 계단'이다.

현재 노약자를 위해 엘리베이터나 에스컬레이터, 리프트 등의 장치가 마련돼 있지만, 모든 장소에 이를 설치할 수는 없다.

연구진은 이런 문제를 해결하려 일반 계단보다 오르내리기 쉬운 계단을 설계했다. 발이 닿는 판 아래에 스프링을 붙인 형태인데, 사람이 계단을 내려갈 때 사라지는 위치에너지가 계단 스프링에 저장된다. 계단을 오를 때는 스프링에 저장된 에너지가 다시 사람의 발로 전달된다.

연구진은 외골격(exoskeleton) 장비에서 이 연구의 아이디어를 얻었다고 밝혔다. 외골격 장비는 무거운 짐을 짊어진 군인이나 움직임이 불편한 사람의 움직임을 돕기 위한 일종의 '입는 로봇'이다. 이 장비에는 스프링이 자주 이용되는데, 이를 계단에 적용한 것이다.

연구진은 이 계단의 시제품을 알루미늄판으로 제작했다. 이어 일반인 9명을 대상으로 이 계단을 오를 때 드는 에너지를 측정한 결과 일반 계단을 이용할 때보다 17∼22%가량 줄어들었다. 특히 무릎과 발목 등 다리의 관절부위에서 생기는 에너지는 26∼37%가량 줄었다.

이번 논문의 1저자인 송윤성 미국 미주리대 교수는 "다리에 힘이 없거나 다리 관절이 아픈 분들이 좀 더 편리하게 이용할 수 있는 계단을 개발했다"면서 "이를 이용하면 엘리베이터를 찾아가지 않아도 돼 접근성이 향상되는 한편 계단을 오르내리는 데 필요한 운동능력을 어느 정도 유지, 보완, 향상하는 데 도움을 줄 수 있다"고 연구의 의의를 밝혔다.

이어 그는 "에스컬레이터나 엘리베이터보다 설치와 운영에 드는 비용이 저렴하고 전력소비가 적어 환경친화적인 것도 장점"이라며 "심플한 장비도 사람의 삶의 질을 높이는 데 도움을 줄 수 있다"고 덧붙였다.

연구진은 상용화할 경우 계단 한 층당 100달러(약 11만원) 정도면 설치가 가능할 것으로 추정하고 있다.

이번 연구 결과는 온라인 국제학술지 '플로스원'(PLoS ONE) 12일 자에 실렸다. [e-mail]