[굿모닝 사이언스]근육에 전자칩 삽입해 사용하는 로봇 팔

과거 600만불의 사나이라는 미국 드라마가 방영됐을 때 TV에서 눈을 떼지 못했다. 주인공이 사로고 팔과 다리를 잃고 생체공학을 이용해 사이보그 요원이 된다. 주인공은 매회마다 로봇 팔과 다리 등의 힘을 이용해 각종 문제를 해결해 나간다. 이 드라마는 1970년대 동양방송에서 방영됐다가 다시 KBS에서 1980년대에 전파를 탔다.

세계 바이오닉암 메카트로닉스 융합 기술개발이 활발해져 해가 갈수록 로봇 팔의 기능이 향상되고 있다. 우리는 종종 해외 뉴스를 통해 팔을 잃은 사람들이 로봇 팔을 얻어 생활한다는 소식을 접한다.

(1)로봇 팔을 구체적으로 움직이기 위해 환자가 이 동작을 생각하고 있다. (2)이렇게 되면 신경을 따라 자극이 생기고 (3)특정 근육의 수축이 일어난다. (4)생성된 EMG 신호를 기록, 수정 및 IMES 센서 내에 통합한다. (5)팔이 절단된 부위의 자기 코일을 이용한 원격측정으로 이 신호들은 제어 장치로 전달되며, 전방 원격측정기는 센서로 전력 및 구성 설정을 전송하는데 사용된다. (6)허리벨트에 착용한 컨트롤 박스 내에서 사전 처리해 전달하는 EMG 데이터 (7)IMES는 로봇 팔로 보내진다. (8) 그리고 로봇 팔이 원하는 동작을 수행한다. 오스트리아 비엔나 의과 대학 제공

오스트리아와 영국, 미국의 연구진은 몸 속에 이식 가능한 전자칩이 일상생활에서 로봇 팔 제어에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지 2년 6개월에 걸친 최초의 장기 임상 시험을 실시했다. 이번 임싱시험 결과는 18일 사이언스 로보틱스 저널에 게재됐다. 이 실험에서 팔꿈치 이상 절단된 3명의 로봇팔 사용자는 피부에 연결된 장치에 비해 근육 속 전자칩을 사용한 시스템을 사용해 보다 정교한 제어를 할 수 있었다.

이 실험 결과 인체 안에 전자칩을 삽입해 근육의 전기 신호로 제어되는 근전도 로봇 팔다리의 발전 가능성을 보여줬다.

지금까지 개발된 로봇 팔은 대부분 절단된 부위의 피부를 통해 제어시스템이 작동됐었다. 팔꿈치 윗부분까지 절단된 사람이 로봇팔을 사용할 경우 의지대로 제어가 잘 되지 않았다. 피부에서 전달하는 전기 신호는 땀이나 여러 외부 환경조건으로 쉽게 변질돼 로봇 팔이 오작동 하는 경우가 있어 종종 사용자들이 로봇팔을 포기하는 경우가 있다.

오스트리아 비엔나 의과 대학의 스테판 살밍거 연구원과 동료들은 몸 속에 신경 전자칩을 삽입해 근육 기능을 회복시키는 로봇 팔을 테스트했다. 근육 신경 신호 데이터를 무선으로 로봇 팔에 전달하기 위해 잘린 팔 부위의 근육에 무선 전기 신호 센서를 이식했다. 시험 결과 이식된 센서가 표면 전극 시스템보다 우수한 성능을 보였다.

연구진은 향후 로봇 팔의 감각 피드백과 기계를 최적화하는 것을 목표로 연구할 계획이다.

한편 우리 정부도 올해부터 융합기술개발사업에 착수해 진행중이다.

과학기술정보통신부가 오는 2026년까지 총 250억원을 투입하는 '휴먼플러스 융합연구개발 챌린지사업'이다. 이 중 '인간증강 기술개발' 사업의 일환으로 인간의 피부와 근육·골격·관절 등을 모사해 생체신호 기반 제어기능을 갖춘 착용형 바이오닉 암(Bionic Arm)을 구현하는 '바이오닉암 메카트로닉스 융합기술개발' 사업도 추진한다.

올해 시제품 개발을 완료하고 이후 원숭이 실험을 통한 실증을 추진할 예정이다.

[e-mail] 김만기 기자