대구경북과학기술원(DGIST·총장 국양)은 이상훈 로봇및기계전자공학과 교수팀이 생물학적 인터페이스와 말초신경 인터페이스를 결합한 새로운 형태의 생체 인터페이싱 기술인 하이브리드 바이오닉 신경인터페이스를 개발했다고 26일 밝혔다.
이 기술은 향후 절단환자의 재활 및 삶의 질 향상에 크게 기여할 것으로 기대된다.
최근 당뇨와 같은 성인병이 증가하면서 사고에 의한 사지절단뿐만 아니라 당뇨로 인한 사지절단 환자 수가 급증하고 있다. 사지절단이라는 영구적 장애는 물리적인 장애와 함께 신체 상실에 따른 심리적 장애까지 동반될 수 있다.
최근 국내외에서는 잃어버린 팔과 다리를 로봇으로 대체하는 바이오닉 상하지 기술개발이 한창이다. 인체 상하지 기능이 완벽하게 구현되려면 사용자와 로봇 팔, 다리가 양방향 커뮤니케이션을 통한 일체화가 필요하다. 안정적이면서도 고성능인 생체 인터페이싱 핵심기술이 필요하다.
이상훈 교수팀은 물리적 수술을 통해 형성하는 생물학적 인터페이스인 재생적 말초신경 인터페이스 (RPNI)와 기존 공학적 말초신경인터페이스(PNI)를 결합한 하이브리드 생체 신경 인터페이스를 개발했다. 연구팀이 개발한 인터페이스는 버클 스트랩을 모방하고 형상기억폴리머(SMP)를 사용해 절단된 신경에 쉽고 빠른 이식이 가능하며, RPNI 형성 후 근육과 신경에 동시 접촉할 수 있다.
연구팀은 검증을 위해 토끼 체내에서 하이브리드 생체 신경 인터페이스를 형성한 후 양방향 신경 자극 및 기록을 위한 소자의 기능성 평가를 진행했다. 그 결과 장기간(20주) 삽입을 통한 고품질의 신경 및 근육 기록 획득에 성공했다. 최대 29주까지 장기간 삽입해 활용이 가능함을 검증했다.
나아가 토끼의 실시간 신경신호와 근육 신호를 이용해 로봇다리의 발바닥쪽굽힘 운동(plantar flexion)을 시뮬레이션해 정확도를 향상시켜 보다 정밀한 바이오닉 상하지 제어가 가능하다는 것도 확인했다.
이상훈 교수는 “ 이미 임상에서 검증돼 의료현장에서 시행되고 있는 생체학적 인터페이스 기술과 말초신경과의 완벽한 양방향 커뮤니케이션을 추구하는 말초신경인터페이스 기술의 결합 및 응용 가능성을 보여준 매우 의미있는 결과”라며 “향후 말초신경을 통한 실제 팔다리에 가까운 바이오닉 사지 구현 가능성을 보여줄 것으로 기대한다”고 밝혔다.
연구는 범부처전주기의료기기개발사업단의 '상하지 로봇의 직관적 컨트롤을 위한 생체신호 인식' 과제의 지원을 받았다. 서울아산병원 성형외과팀도 연구에 공동참여했다. 연구결과는 재료과학 및 융합연구 분야의 국제학술지 '어드벤스드 사이언스'에 게재됐다.
대구=정재훈 기자 jhoon@etnews.com
