장애극복 ‘사이보그 시대’ 머지않아

시력 되찾아주는 ‘마법 안경’­… 하체힘 키워주는 ‘반바지 로봇’

①웨어러블 로봇(다리). 입고 벗기 편리하도록 반바지 형태로 개발 ②뇌파 측정 장비. 뇌파를 측정할 수 있는 밴드형 장비 ③인공 눈. 카메라가 내장된 인공 시각장치. 무선으로 안구에 영상을 전송할 수 있다 ④웨어러블 로봇(팔). 식사 등 간단한 작업 시 팔을 고정시켜 준다.

시력을 되찾아 주는 마법의 안경, 하체 힘을 키워주는 반바지 로봇. 불의의 사고로 다리를 다치거나 시력과 청력을 잃어 일상생활이 어려운 사람에게 인공 눈과 인공 귀를 이식해 삶을 되찾아 주는 ‘사이보그’ 기술이 현실로 다가오고 있다. 95% 개발돼 곧 완성을 눈앞에 두고 있는 국내 사이보그 기술의 현주소를 집중 분석했다.

○ 안구 바로 옆에 붙이는 인공 눈 센서

정흠 서울대병원 안과 교수와 김성준 서울대 전기정보공학부 교수팀이 공동 개발한 인공 눈은 획기적인 기술로 평가받는다. 작은 카메라가 달린 안경과 망막 시신경을 무선으로 연결해 시력을 완전히 잃은 사람도 이 안경만 쓰면 앞을 볼 수 있다.

미국, 독일 등 해외 선진국이 인공 눈을 먼저 개발했지만 국내 연구진은 이를 한 단계 발전시켰다. 지금까지는 수술을 통해 눈동자에 직접 신경 자극기와 무선수신기 같은 부품을 이식했지만 수술에 따른 부작용이 커 완벽한 사이보그 기술로 인정받지 못했다.

연구진은 이들 부품을 하나로 합쳐 작게 만든 뒤 안구 바깥쪽 바로 옆에 붙여 수술 부담을 줄였다. 정흠 교수는 “토끼에게 인공 눈을 이식한 뒤 뇌파를 측정해 빛의 반응 여부를 확인했는데 그 결과가 상당히 좋았다”면서 “조만간 임상 시험에 착수할 계획”이라고 밝혔다.

○ 생체모방기술 활용해 인공 와우 개발

청력을 상실한 사람은 인공 와우(달팽이관)를 이식하면 된다. 인공 와우는 이미 보편화돼 이비인후과에서 인공 와우 이식 수술을 받을 수 있다. 하지만 현재 인공 와우는 미세한 소리 자극에는 반응을 잘 나타내기 힘들다.

김완두 한국기계연구원 책임연구원은 생체모방기술을 활용해 나노 소자로 사람의 부동섬모(달팽이관 안에 있는 특수 섬모)와 동일한 센서를 개발하고 이 센서로 인공 와우를 만드는 데 성공했다. 연구진은 이렇게 개발한 인공 와우를 고양이에게 이식해 성능 확인 시험을 마친 뒤 현재 임상 시험 중이다. 또 달팽이관의 두께를 10분의 1로 줄인 인공 와우를 개발하고 있다.

○ 2, 3분이면 입고 벗는 ‘반바지 로봇’

김정 KAIST 기계공학전공 교수와 한창수 한양대 기계공학과 교수는 공동으로 하체 신경이 살아 있는 환자들이 사용할 수 있는 웨어러블 로봇을 개발 중이다. 연구진은 근육에서 발생하는 전기를 읽어내는 근전도 센서와 고관절의 운동속도를 감지하는 각속도 센서를 붙인 웨어러블 로봇을 개발했다.

기존에는 다리 전체를 감싸는 형태가 많았지만 연구진은 걸을 때 가장 많은 힘이 필요한 허벅지 근육을 보조하는 ‘반바지 로봇’으로 만들었다. 반바지 로봇의 최대 장점은 입고 벗기 편하다는 것. 김정 교수는 “지금까지 개발된 웨어러블 로봇은 혼자서 착용이 불가능하고 시간도 수십 분 넘게 걸린다”며 “반바지 로봇은 입고 벗는 데 2, 3분이면 충분하다”고 말했다. 연구진은 근력이 약한 노인의 팔을 지탱하는 웨어러블 로봇 팔도 개발 중이다.

○ 생각만으로 휠체어 조종 성공

사이보그 기술의 종착역은 두뇌다. 뇌파를 측정해 사람의 의지를 파악할 수 있으면 모든 기계 장치를 수족처럼 부릴 수 있기 때문이다. 강지윤 한국과학기술연구원(KIST) 연구원은 새로운 뇌-척수 연결 기술을 개발 중이다. 신경 신호를 읽어내려면 뇌나 척수신경에 전극을 넣어야 하는데, 이 경우 시술 부위에 염증이 생기고 신경세포가 손상되기도 한다. 연구진은 부드러운 폴리이미드 전극에 약물이 들어 있는 나노 섬유를 넣어 이런 부작용을 없앴다. 연구진은 이 전극을 하반신이 마비된 토끼의 척수에 연결하고, 척수 신경신호를 근육에 다시 연결해 다리를 움직이게 하는 데 성공했다.

수술 없이 뇌파를 읽어내는 장치도 개발 중이다. 박광석 서울대 의대 의공학교실 교수팀은 등산용 모자처럼 생긴 장치를 쓰고 생각만으로 휠체어를 조종하는 데 성공했다. 이 장치는 지금까지 개발된 뇌파 측정 장치 중 세계에서 가장 가볍다.

정흠 교수는 “국내 사이보그 기술은 95% 개발된 수준”이라며 “수년 내에 장애인들이 사이보그 기술의 도움으로 일상생활을 영위할 수 있게 될 것”이라고 말했다.

전승민 동아사이언스 기자 enhanced@donga.com