로보트 손가락으로 감각 느낀다
2016년 11월 02일 10:00【글자 크게
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팔이 절단된 사람에게 인공 로보트 팔을 부착해 물건을 움켜쥐는 등 일부 기능을 구현하는것은 가능한것으로 알려져 있으나 감각을 회복하는것은 매우 난해한 일로 여겨져왔다.
미국 시카고대와 케이스 웨스턴 리저브대 연구진은 팔이 절단된 사람의 신경시스템을 직접 자극해 실제의 접촉 감각을 생성하는 방법을 처음으로 개발하고 최근 두 사람에게 이를 적용해 성공적인 결과를 얻었다.
시카고대의 신경과학자 슬리먼 벤스마이어 박사팀은 이전 연구에서 인체의 신경시스템이 감각의 강도와 규모를 어떻게 부호화하는지를 확인한바 있다. 이들은 신경보철 기구를 리용해 인체의 자연적인 신경시스템과 유사한 “생체모방” 접근법으로 팔 다리 절단 수술을 받거나 마비된 환자의 접촉 감각을 재생했다.
벤스마이어 박사와 피츠버그대 로버트 건트 박사팀은 마비 환자가 자신의 뇌로 조종하는 로보트 팔을 통해 접촉감각을 체험할수 있었다고 밝혔다. 연구팀은 환자의 뇌에 직접 접속해 손을 움직이고 접촉하는 뇌 령역에 전극을 심어 환자가 로보트 팔을 스스로 움직이고 이 로보트 팔을 통해 잡은 물체의 감각을 느꼈다고 밝혔다.
이번의 새로운 연구에서는 사고로 팔을 잃은 두 사람에게 같은 방법을 적용했다. 정상적인 상태에서 감각신호 등을 보내는 팔의 중앙 신경과 척골 및 방사상 신경에 전극을 장착한 신경 접속 인터페이스를 이식해 실험을 실시했다.
최근 연구는 벤스마이어 교수와 케이스 웨스턴 리저브대 생의학공학과 더스틴 타일러 교수의 협동연구로 이루어졌는데 연구원이 대상 환자의 신경이 인터페이스(接口)를 통해 자극 받았을때 발생하는 감각의 규모를 환자가 구별할수 있는 능력이 있는지를 체계적으로 검사했다. 인공팔이 물체와 접촉했을때 발생하는 각각의 전기 펄스는 주파수나 강도 같은 신호의 양상이 다양하기 때문에 신호규모를 체계적으로 조종할수 있는 방법을 찾아내는것이 목표였다.
벤스마이어 교수팀은 초기 연구에서 인체 신경시스템이 접촉 강도를 어떻게 포착하는지, 례를 들면 물체가 피부를 눌었을때 얼마나 딱딱한가를 인지하는 방식을 예측해냈다. 이 연구결과는 어떤 자극에 반응해서 신경섬유들이 촉발되는 집단 스파이크 비률의 수가 자극의 강도를 결정한다는것을 시사한다.
새로운 연구 결과는 활성화 충전률이 더해진 하나의 전기자극은 감각의 세기를 결정한다는 가설을 증명했다. 연구팀은 활성화 충전률을 바꿈으로써 감각 규모를 매우 예측 가능하게 변화시킬수 있었다.
새로운 연구 결과는 신경보철을 위한 신경 인터페이스 개발을 앞당겼으나 인공 터치는 신호를 입력하는 도구가 될것으로 보인다.
연구원은 인체 감각능력을 시험하는 행동연구 기술을 사용해 로보트 손가락이 접촉하는 위치와 압력 정도, 방향, 표면 위를 움직이는 속도 그리고 접촉 물체의 질감 특성을 구별하는 능력을 테스트했는데 주어진 대부분의 감각 과제에서 인간과 거의 같은 수준의 능력을 가진것으로 증명됐다. 연구팀은 이 같은 고품질의 입력과, 벤스마이어와 타일러 교수가 만들어낸 알고리즘 및 데이터를 결합해 자연적인 접촉 감각에 근접한 신경보철 구축에 착수할수 있었다.
벤스마이어 교수는 “연구의 기본 아이디어는 원하는 신호를 손가락을 통해 정확하게 재생할수 있다면 팔이 절단돼 의수를 한 사람이 어떻게 행동해야 할지 일일이 생각하지 않고도 자연스럽고 자동적으로 물체와 접촉할수 있다는 점”이라며 “이번 연구는 접촉 압력에 대한 세밀하게 구분된 정보를 전달하는 첫 단계를 구축했다”고 말했다.
