Dept. of Mechanical Engineering – at KAIST

기계공학과 박수경

KAIST 기계공학과 생체역학 연구실은 인간의 움직임을 정량적으로 이해하고, 이를 바탕으로 에너지 효율적이고 안전한 운동 및 보행 전략을 규명하는 데 중점을 두고 있습니다. 본 연구실은 역학, 진동, 제어, 생리학 등 기계공학의 다양한 이론과 실험기법을 융합하여, 인체의 보행, 달리기, 점프, 자세 제어 등 다양한 운동을 심층적으로 분석합니다. 특히, 스프링-질량 모델, 탄성 보행 모델 등 생체역학적 모델링을 통해 인체의 질량중심(CoM) 움직임, 하지 관절의 강성 변화, 추진력 생성 메커니즘 등을 규명하고, 이를 실험 데이터와 비교하여 이론과 실제의 일치성을 확보합니다. 또한, 보행 및 운동 시 에너지 소비량, 충돌 손실, 신발의 굽힘 강성, 근육의 메커니즘 등 다양한 요인이 인체의 에너지 효율성에 미치는 영향을 정량적으로 분석합니다. 연구실은 웨어러블 센서, 힘판, 모션캡처 등 첨단 계측 장비를 활용하여 실제 인간의 움직임 데이터를 수집하고, 머신러닝, 강화학습 등 인공지능 기법을 접목하여 미측정 역학 정보(지면반력, 관절 토크 등)를 정확하게 추정하는 연구도 활발히 수행하고 있습니다. 이를 통해, 노인, 환자, 운동선수 등 다양한 집단에서의 보행 특성 차이와 에너지 최적화 전략을 도출하고, 맞춤형 보조기기 및 운동화 설계, 재활 및 스포츠 트레이닝에 적용 가능한 실질적 해법을 제시합니다. 또한, 인간의 자세 제어 및 균형 유지 메커니즘, 감각 통합과 신경계의 피드백 제어 전략, 감각 신호의 신뢰도와 재분배, 의식적 인지의 영향 등도 심도 있게 연구합니다. 칼만 필터 기반의 최적 추정기, 강화학습 기반의 제어 전략 학습 등 첨단 제어이론과 인공지능 기법을 활용하여, 인간의 자세 제어가 어떻게 환경 변화와 신체 제약조건에 적응하는지 분석합니다. 이러한 연구는 재활공학, 보행 보조 시스템, 균형 진단 및 훈련 장치 개발, 스마트 헬스케어, 스포츠 바이오메카트로닉스 등 다양한 응용 분야로 확장되고 있습니다. 연구실은 산업체 및 병원과의 협력을 통해 실제 현장에 적용 가능한 제품 및 서비스를 개발하고, 미래형 스마트 헬스케어 및 스포츠 기술 분야를 선도하고 있습니다.