인간 뇌와 기계를 연결할 수 있는 고효율 뇌신경 탐침이 개발됐다.
대구경북과학기술원(DGIST)은 장재은 정보통신융합공학전공 교수와 최지웅 교수, 문제일 뇌·인지과학전공 교수, 이윤구 에너지시스템공학전공 교수와 융합연구팀을 구성해 2차원 물질인 그래핀과 나노와이어 기술을 접목해 저항이 낮고 생물학적 안전성이 높은 뇌신경 탐침을 개발했다고 3일 밝혔다.
세계적으로 인간과 전자기기간 정보교류의 필요성에 따라 뇌와 외부 기계와의 인터페이스 기술개발이 한창이다. 뇌-기계 인터페이스 기술은 전기 자극을 통한 뇌질환 치료, 장애인을 위한 로봇팔과 로봇다리 같은 인체 결합에 필수 기술이다.
기존 뇌-기계 인터페이스 뇌신경 탐침 기술은 마이크로기술과 실리콘 물질 기반이다. 인간의 뇌신호 획득과 전기 자극 전달에 적합하지 않은 딱딱한 구조 등의 문제점을 갖고 있었다.
연구팀은 기존 탐침이 높은 전기저항으로 인해 미세한 뇌신경 신호 탐지가 어렵고, 구조적 접합 문제에 따른 수명이 짧다는 단점을 해결하기 위해 그래핀과 나노와이어 기술을 접목했다.
연구팀이 개발한 뇌신경 탐침은 산화아연(ZnO) 나노와이어를 전극 구조에 적용해 뇌신호 주파수 영역에서 낮은 전기저항을 띤다. 미세한 뇌신호 측정이 가능하고 신호 획득 효율이 높다.
또 그래핀 물질 기반 신호 전송 케이블을 활용해 전극 연결구조가 유연해 뇌와 같은 연약한 부위에서 전기신호를 안전하게 획득할 수 있다. 전도성 폴리머를 이용해 전기적 특성과 생체 안전성을 개선했다.
개발한 고효율 뇌신경 탐침은 뇌졸중 같은 뇌 질환 치료를 위한 전기신호 획득 및 자극에 활용될 수 있다. 이를 기반으로 인간과 기계를 결합하는 다양한 인터페이스 기술에 적용될 것으로 기대된다.
장재은 교수는 “고효율 뇌신경 탐침은 인간과 기계가 물리적, 정신적으로 교류하는 4차 산업혁명을 현실화할 수 있는 필수적 기반 기술”이라면서 “앞으로 무선 기능 탑재 등으로 인간과 기계가 보다 편리하게 연결될 수 있도록 후속 연구를 진행할 것”이라고 말했다.
이번 연구 결과는 미국화학회(ACS)에서 발간하는 재료과학 분야 국제학술지 'ACS 어플라이드 머티리얼즈 & 인터페이스(ACS Applied Materials & Interfaces)' 온라인 판에 게재됐다. 연구는 DGIST 미래선도형특성화연구사업의 지원을 받았다.
대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com
