마법 팔

3D 프린팅된 "exoskeleton"의 도움으로 어린 소녀가 자신의 팔을 올리고 놀이를 할 수 있게 되었습니다.

Megan Lavelle은 이 장치를 본 순간, 딸의 인생이 달라질 것을 직감했습니다. Lavelle은 활기가 넘치는 신세대 엄마지만, 그녀에게는 선천성근형성부전(AMC) 상태로 태어난 어린 딸 Emma가 있습니다. AMC 가족을 위한 필라델피아 컨퍼런스에서 Lavelle은 Wilmington Robotic Exoskeleton(WREX)이라는 힌지형 금속 막대와 저항 밴드로 만들어진 지지 장치에 대해 알게 되었습니다. 이 장치를 사용하면 팔이 자라지 않는 자녀가 놀 수 있고, 스스로 음식을 먹을 수 있으며, 껴안을 수도 있습니다.

AMC는 관절 경직과 근육 발육 불량을 초래하는 비진행성 질환입니다. Emma는 다리가 귀까지 접혀 올라갔고 어깨가 안으로 휜 상태로 태어났습니다. "엄지 손가락만 움직였죠." Lavelle의 말입니다. 의사는 즉시 수술을 실시했고 Emma의 다리에 깁스를 했습니다. 최선을 다해 아이를 보살피기로 결심한 부모는 어린 소녀와 함께 집으로 돌아갔습니다.

의료진은 AMC로 인해 Emma가 그 어떤 정상적인 것도 경험하지 못할 것이라 경고했습니다. Emma는 정상적인 아이들보다 발달이 느렸고 태어나서 두 해를 본을 뜨고 수술하는 데 보냈습니다. Emma가 언니처럼 주변과 놀고 소통하는 것을 본 적이 없었기에 Lavelle은 Emma의 지적 능력에도 지체가 있지 않을까 남모를 걱정을 했습니다.

이 맞춤형 정형외과 장치 덕분에 Emma는 혼자서 음식을 먹고, 색칠을 하고, 껴안을 수 있습니다.

성장하기로 결정

그래도 Emma는 천천히 그리고 꾸준히 성장했습니다. Emma가 성장하여 보행기를 가지고 움직일 수 있게 되자, Emma는 똑똑한 아이이고 엄마와 똑같이 결단력이 있다는 사실이 분명해졌습니다. 2살이 되어도 Emma는 자기 팔을 들어올리지 못했지만, 이 똑똑한 아이는 여기에 머무르지 않았습니다. "Emma는 블록 같은 것을 갖고 놀 수 없을 때 정말로 실망했었어요." Lavelle이 말합니다. 그래서 엄마는 Emma의 팔이 되어서 Emma 대신 블록을 갖고 놀고 음식을 먹으며 이를 닦았습니다.

그러다 WREX가 등장했는데, 컨퍼런스에서 8살 짜리 AMC 환자가 팔을 들어올리고 모든 방향으로 움직였습니다. Lavelle은 발표자 둘을 만났는데, 한 명은 Tariq Rahman 박사로 소아 공학 연구소의 대표였으며 다른 한 명은 Whitney Sample이라는 연구 설계자로 둘 다 델라웨어 주 윌밍턴에 있는 Nemours/Alfred I. duPont 병원의 소아과 출신이었습니다. Rahman과 Sample은 이 년 동안 함께 일하며 장치 크기를 계속 줄여 어린이나 그 부모가 쓸 수 있게 했습니다. 휠체어에 부착해서 쓰는 WREX는 6살 정도의 어린이에게 적합했습니다. 하지만 Emma는 두 살이었고 나이보다도 몸집이 작았으며 걷지 못했습니다.

Wilmington Robotic Exoskeleton(WREX)의 맞춤 3D 프린트 버전으로 작은 Emma는 관절굽음증에도 불구하고 팔을 쓸 수 있게 되었습니다.

Sample의 도구 및 장난감이 가득 찬 워크샵에서, Sample의 팀은 Emma의 작은 팔을 고정 보조재에 부착해 작고 어색하게 생긴 시험용 WREX에 감았습니다. "Emma는 팔을 휘저으며 놀기 시작했어요." Sample이 말했다. Megan은 Emma에게 사탕과 장난감을 가져다 주어 Emma가 이것들을 난생 처음으로 자기 입에 팔을 들어올리는 것을 지켜보았습니다.

작은 보상

"
누군가에게 사소하지만 특별한 순간을 선사하려면 감동을 주어야 합니다."

Whitney Sample,
연구 설계 엔지니어

Emma가 워크샵 밖에서 WREX를 착용할 수 있으려면 Rahman과 Sample은 WREX의 크기와 무게를 줄일 수 밖에 없었습니다. 이 부품은 워크샵의 CNC 시스템을 만들어 내는 데 너무 작고 세밀했을 수도 있습니다. 하지만 Sample의 책상 주변에는 Stratasys 3D 프린터가 있어 콧노래가 흘렀는데, 보기엔 잉크젯 프린터 같지만 3차원으로 프린트하는 프린터로, 컴퓨터 설계에서 자동으로 복합물을 구축할 수 있습니다. Sample은 이따금 Stratasys 3D 프린터를 사용해 아이디어를 실제 모델로 구현하여 ABS 플라스틱 재질의 WREX 프로토타입을 3D 프린트했습니다. 3D 프린터 프로토타입 무게가 가벼운 덕분에 Sample은 Emma 크기에 맞춘 WREX를 작은 플라스틱 조끼에 부착할 수 있었습니다.

3D 프린트한 WREX는 매일 사용해도 될 만큼 영구적이었습니다. Emma는 WREX를 집에서도, 유치원에서도 착용했고 작업 요법 중에도 착용했습니다. 또한 3D 프린팅은 설계에 유연성이 있어 Sample은 보조 장치를 지속적으로 개발하였는데, 아이디어를 CAD에서 실험하고 같은 날에 이를 구축했습니다.

이제는 열다섯 명의 아이들이 3D 프린트한 WREX 장치를 사용합니다. Rahman은 이 어린 환자들에게 지금보다 더 좋아질 수 있다고 설명합니다. 장기간 팔을 사용하지 않으면 종종 아이들의 발달이 제한되고 인지 및 정서 발달을 저해하는 여건이 조성될 수 있습니다. 의사와 치료사들은 Emma를 면밀히 관찰하며 빠른 팔 사용에서 오는 장점을 찾았습니다.

Nemours 소아과 공학 연구소의 워크샵에서 Whitney Sample은 15명의 어린이 환자를 위한 맞춤형 WREX 장치를 개발하여 3D 프린트했습니다.

저항 밴드는 팔에 미치는 중력을 경감시키는데, 이는 테이블 스탠드 조명의 팔을 스프링으로 공중에 떠 있게 하는 것과 매우 흡사합니다.

Emma는 곧 WREX가 보여 준 가능성에 매혹되었습니다. "Emma가 말을 하기 시작하면 우리는 위층[Sample의 워크샵]으로 올라가 이렇게 말할 겁니다. 'Emma, WREX 달아줄게.' 그러면 Emma는 WREX를 마법 팔이라고 부르겠죠." Lavelle이 이야기합니다.

이 어린 소녀의 승인은 단호한 어머니와 헌신적인 연구자들의 공로에 알맞은 보상입니다. Sample은 "누군가에게 사소하지만 특별한 순간을 선사하려면 감동을 주어야 합니다."라고 말합니다.

WREX를 개발한 Nemours/Alfred I. duPont 어린이 병원(Nemours.org)에 대해 자세히 알아보십시오.