3cm 웨어러블 패치가 목소리 찾아줘

근육 움직임 감지해 음성으로 변환
성대 질환자 등 음성 소통 가능해져

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성대 질환이나 후두암 수술로 목소리를 내기 어려워 일상 소통에 어려움을 겪는 환자들이 손쉽게 의사소통할 수 있는 방법이 개발됐다. 목 후두 근육의 움직임을 감지해 음성 신호로 변환시켜 주는 웨어러블 기기다.

준 첸 미국 로스앤젤레스 캘리포니아대(UCLA) 생명공학과 교수 연구팀은 목 근육의 움직임을 음성으로 변환할 수 있는 웨어러블 패치를 개발하고 연구결과를 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’에 12일(현지 시간) 발표했다.

연구팀은 먼저 실리콘층과 구리를 감은 코일 층을 쌓아 유연하고 신축성 있는 패치를 만들었다. 목이 움직이는 모양에 따라 근육도 움직여 패치가 늘어나거나 줄어들게 고안했다. 근육이 움직일 때 구리 코일의 모양이 바뀌면서 자기장이 변해 생기는 유도 전류로 근육의 움직임을 포착한다. 근육 움직임을 감지하는 과정에서 외부 전원은 따로 필요 없다.

연구팀은 성대가 내는 소리에 따라 움직이는 후두 근육의 움직임 데이터와 패치의 전기 신호 데이터를 머신러닝으로 학습시켜 알고리즘을 개발했다. 이를 활용해 패치에서 유도된 전기 신호가 음성 신호로 변환되도록 했다. 이어 음성 장애가 없는 실험 참가자 8명에게 패치를 부착하고 서 있거나 걷고 뛰는 동안 ‘메리 크리스마스’, ‘사랑해’와 같은 일상적인 말을 하도록 했다. 그 결과 패치는 약 95% 정확도로 후두 근육의 움직임을 음성 신호로 변환했다. 패치는 가로와 세로 길이가 30mm, 두께는 1.5mm로 작고 얇다. 방수성이 있어 몸에서 땀이 나도 성능이 저하되지 않는다. 연구팀은 “무게가 약 7.2g으로 가볍고 재료가 피부와 비슷한 탄성률을 보여 착용감이 좋다”고 덧붙였다.

음성 장애 환자는 치료 후 회복하는 기간에 성대 사용을 제한받는 경우가 많다. 연구팀은 “음성 장애 환자가 건강을 회복하는 동안에도 패치를 통해 음성으로 소통할 수 있어 전반적인 삶의 질을 향상할 수 있을 것”이라고 기대했다.

이병구 동아사이언스 기자 2bottle9@donga.com