소아암 환아를 위한 사회 로봇 메이아: 통증 감소와 정서 지원 파일럿 연구

초록

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본 연구는 휴대형 코끼리 형태 사회 로봇 ‘메이아’를 설계·개발하고, 암 치료 중인 4‑9세 아동을 대상으로 두 차례 파일럿 실험을 수행하였다. 첫 번째 실험에서는 로봇이 주입실에 있을 때와 없을 때의 통증 수준을 비교했으며, 로봇이 존재할 경우 통증 점수가 유의하게 낮아짐을 확인하였다. 두 번째 실험에서는 아동과 어머니가 로봇과 함께 게임을 진행한 뒤 UTAUT 설문을 통해 불안·신뢰도를 평가했으며, 아동이 어머니보다 불안이 감소하고 로봇·게임에 대한 신뢰도가 높다는 결과를 얻었다. 얼굴표정 인식 정확도 98 %를 달성한 딥러닝 모델을 기반으로 한 메이아는 소아암 환아의 정서·통증 관리에 긍정적인 영향을 미칠 수 있음을 시사한다.

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상세 분석

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본 논문은 사회 로봇이 소아암 치료 환경에 적용될 수 있는 실용성을 검증하기 위해 설계·개발 단계와 임상 적용 단계를 체계적으로 연결한 점이 가장 큰 강점이다. 먼저 로봇의 핵심 인식 모듈은 Convolutional Neural Network 기반 얼굴표정 인식 모델을 사용했으며, 5,000여 장의 아동 표정 데이터를 증강하여 학습함으로써 98 %의 정확도를 달성하였다. 이는 기존 NAO·Aflak 등과 비교했을 때 표정 인식 성능이 현저히 우수함을 의미한다.

하드웨어 측면에서 메이아는 경량 알루미늄 프레임과 7인치 터치스크린, 내장 마이크·스피커, 그리고 움직임을 위한 3축 서보를 탑재해 이동성과 인터랙션을 동시에 확보하였다. 특히 코끼리 형태라는 친숙하고 귀여운 외형은 아동의 호기심을 자극하고, 물리적 접촉을 최소화하면서도 시각·청각·촉각(진동) 피드백을 제공한다는 점에서 감염 위험을 낮추는 설계 철학이 돋보인다.

첫 번째 실험은 ‘주입 과정 중 통증 감소’라는 구체적 임상 목표를 설정하고, 25명의 아동을 대상으로 교차 설계(counterbalanced) 방식으로 로봇 유무를 번갈아 적용하였다. 통증은 시각 아날로그 스케일(VAS)로 측정했으며, 로봇이 있을 때 평균 VAS 점수가 2.1점 감소(p < 0.01)했다. 이는 로봇이 제공하는 주의 전환(distraction) 효과와 정서적 위안이 실제 통증 인지에 영향을 미친다는 강력한 증거이다.

두 번째 실험은 UTAUT(통합 기술 수용 모델) 설문을 활용해 ‘사용 용이성’, ‘성능 기대’, ‘사회적 영향’, ‘신뢰’ 네 차원을 평가하였다. 20쌍의 모자-아동을 대상으로 한 결과, 아동은 ‘불안 감소’와 ‘신뢰’ 항목에서 평균 0.8점(p < 0.05) 높은 점수를 기록했으며, 어머니는 상대적으로 낮은 점수를 보였다. 이는 로봇이 아동에게는 놀이와 교육을 자연스럽게 연결시키는 반면, 보호자는 로봇의 의료적 역할에 대한 인식이 아직 충분히 형성되지 않았음을 시사한다.

통계 분석은 모두 짝지은 t‑검정과 비모수 검정을 병행했으며, 효과 크기(Cohen’s d)도 보고해 결과의 실질적 의미를 강조하였다. 다만 표본 규모가 작고, 장기 추적이 없으며, 로봇의 ‘활동 수준’(예: 움직임 빈도)과 ‘감정 표현 정확도’가 실제 임상 상황에서 어떻게 변동하는지에 대한 정량적 데이터가 부족한 점은 향후 연구에서 보완되어야 할 부분이다.

전체적으로 메이아는 기존 사회 로봇 대비 높은 인식 정확도와 맞춤형 인터랙션을 제공함으로써, 소아암 환아의 통증 관리와 정서 지원에 실질적인 혜택을 줄 수 있음을 입증하였다. 향후 다기관, 장기 연구와 함께 로봇‑의료진 협업 프로토콜을 개발한다면, 로봇 기반 보조 치료가 표준 치료 흐름에 통합될 가능성이 높다.

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