감각 재현한 인공 팔다리 개발... 장애인의 활동 돕는다

연구진이 실시간 감각 피드백을 제공하는 인공 다리 개발에 성공했다./스위스 취리히연방공대(ETH), Alessandro Della Bella

신경 활동을 모방한 인공 팔다리 장치가 장애인을 더 빠르고 자신감 있게 활동할 수 있도록 돕는다는 연구가 발표됐다.

국제 학술지 사이언스는 28일 생명과학 분야의 온라인 논문사전공개 사이트 ‘바이오아카이브(bioRxiv)’에 올라온 연구를 소개했다. 스타니사 라스포포빅 스위스 취리히연방공대(ETH) 보건과학기술학과 교수 연구진이 활동할 때의 신경 변화를 모방해 장애인의 신경계로 감각을 전달하는 기술을 개발한 내용이었다.

연구진은 팔이나 다리에 이식된 장치가 물체에 가해지는 압력을 전달하지 못한다는 점에 집중했다. 장치를 정확하게 제어하기 위해서는 감각의 피드백을 제공하는 것이 중요한 만큼, 이를 재현하는 컴퓨터 모델을 만들었다.

먼저 고양이를 대상으로 모델을 만들었다. 고양이의 발에 있는 말초 신경에 전기 펄스를 전달하면서 신경 신호를 전달받는 척수 뉴런의 활동을 기록했다. 이런 식으로 실제 접촉과 유사한 생체 모방 자극 데이터를 쌓아나갔다. 이어 다리의 일부를 잃은 세 사람에게 인공 팔, 다리 장치를 이식한 뒤 걷는 동안 압력 정보를 기록했다. 이를 이용해 걷을 때 생기는 압력을 사람의 신경계로 전달해 감각을 모방하는 데 성공했다.

참가자들은 이렇게 만든 생체모방 자극을 전기 펄스보다 자연스럽다고 평가했다. 동시에 계단을 오르내리는 활동을 할 때 참가자들이 더 자신감을 느끼는 것을 확인했다. 걷는 동안 다섯 글자로 된 단어의 철자를 거꾸로 쓰는 실험을 했을 때도 생체모방 자극을 받을 때 철자가 20% 더 정확했다. 연구자들은 감각을 받으면 자연스레 다른 일에 주의를 기울일 수도 있다는 것을 보여주는 것이라 해석했다.

라스포포빅 교수 연구진은 앞으로 이 기술을 개선해 나갈 예정이다. 연구진은 “신경계가 감각을 전달하는 과정을 이해하면 장치를 개선하는 데 도움이 될 수 있다”며 “압력이나 통증, 온도와 같은 감각적 경험을 만드는 데 도움이 된다”고 설명했다.

참고 자료

bioRxiv(2023), DOI: https://doi.org/10.1101/2023.07.15.549130

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