▲ GPS 위성은 스마트폰 인터넷과 접속하고 신호가 도착하는 데 걸리는 시간을 기준으로 스마트폰 내 GPS 수신기가 휴대폰의 위치를 파악한다. UC샌디에이고(UCSD) 연구진은 신체내로 들어가는 로봇의 머리끝 부분에 자석을 심고, 작동되는 공간 주변에 4개의 센서를 배치해 감도를 파악하는 방식으로 위치를 확이할 수 있었다. (사진=UCSD뉴스)

미국 UC샌디에이고(UCSDㆍThe University of California San Diego)가 의료용 플렉서블 성장 로봇(growing robot)용으로 사용될 저가, 고정밀도의 자석기반 로봇 위치확인시스템을 개발했다.

‘사이언스테크데일리’는 18일(현지시각) UCSD 연구원들이 GPS 위성의 측위 방식과 매우 유사하지만 자석을 사용하는 위치확인 방식의 의료용 성장 로봇 위치 예측 컴퓨터 모델을 개발했다고 보도했다.

UCSD 연구진은 인체 내에 들어가는 유연한 수술 로봇의 위치를 추적해 주는 값싸고 사용하기 쉬운 시스템을 개발했다. 이 시스템은 기존의 첨단시스템처럼 뛰어난 성능을 보이지만 훨씬 비용을 줄일 수 있다. 많은 기존 위치 확인 방식은 또 방사선에 노출돼야 하지만 이 시스템을 사용하면 그럴 필요가 없다.

이 시스템은 타니아 모리모토 UCSD 제이콥스 공대 기계공학과 조교수와 이 학과 코너 왓슨 박사과정이 개발했다. 이들의 연구결과는 2020년 4월호 IEEE 로보틱스 및 오토메이션 레터스(IEEE Robotics and Automation Letters)에 실렸다. 논문 제목은 ‘의료용 응용 분야에서 성장하는 로봇용 영구자석 기반 위치확인(Permanent Magnet-Based Localization for Growing Robots in Medical Applications)’이다.

모리모토 교수는 “연속체 의료용 로봇은 몸 안의 매우 한정적인 환경에서 정말 잘 작동한다”며 “원래 이들은 단단한 도구보다 더 안전하고 순응적이다. 그러나 이들의 몸 속 위치와 모양을 추적하는 것은 훨씬 더 어려워진다. 그래서 이들을 좀더 쉽게 추적할 수 있다면 이는 환자와 외과의사 모두에게 커다란 이익을 가져다 줄 것”이라고 말했다.

연구진은 뇌 동맥 통로같은 몸 속의 섬세한 곳에서 사용할 수 있는 유연 로봇의 끝에 자석을 심었다.

왓슨은 “우리는 성장하는 로봇을 가지고 작업했는데 이 로봇은 아주 얇은 나일론으로 만들어져 우리가 양말처럼 뒤집고, 액체로 압력을 가해 커지게 할 수 있는 로봇”이라고 설명했다. 이 로봇은 부드럽고 커지면서 움직이기 때문에 주변 환경에 미치는 영향이 거의 없어 의료용으로 사용하기에 이상적이다.

그리고 나서 UCSD 연구원들은 GPS 위성과 매우 유사한 자석을 사용하는 기존 방식의 위치확인시스템으로 몸안에 들어간 의료용 유연 로봇의 위치를 예측하는 컴퓨터 모델을 개발했다.

GPS 위성은 스마트폰 인터넷과 접속하고 나서 신호가 도착하는 데 걸리는 시간을 기준으로 스마트폰 내 GPS 수신기가 휴대폰의 위치를 파악해 주는 방식을 사용한다. 마찬가지로, UCSD 연구자들은 로봇에 내장된 자석 주위에 자기장이 얼마나 강해야 하는지 알 수 있다는 데서 시작했다. 이들은 자기장 강도 변화를 측정하기 위해 성장 로봇이 작동하는 영역 주위에 세심하게 간격을 둔 네 개의 센서를 배치하고 자기장 변화에 따라 로봇의 끝부분이 어디에 있는지 파악할 수 있었다.

▲ UCSD연구진은 로봇에 내장된 자석 주위에 자기장이 얼마나 강한지 알고 있다. 이들은 자기장 강도를 측정하기 위해 로봇 작동 영역 주위에 세심하게 간격을 둔 네 개의 센서를 배치했다. 자기장의 강도에 따라 로봇의 머리 끝 부분이 어디에 있는지 파악할 수 있었다. 신체 안에 들어가는 커지는 로봇(왼쪽)과 그 위치를 확인하는 모습. (사진=UCSD 유튜브)

이들이 개발한 로봇, 자석, 자석기반의 로봇 위치확인 시스템 설정을 포함한 전체 가격은 약 100달러(약 12만2600원)에 불과하다.

모리모토와 왓슨은 이에 그치지 않고 신경망을 훈련시켰다. 이를 통해 센서가 읽고 있는 것, 그리고 모델이 말해 주는 ‘센서가 읽고 있어야 하는 것’ 간의 차이점을 알아냈다. 그 결과 로봇의 끝부분을 추적하는 위치확인 정확성을 향상시킬 수 있었다.

모리모토 교수는 “이상적이기로는 우리의 위치확인시스템 도구가 이러한 종류의 성장하는 로봇 기술을 향상시키는 데 도움이 되길 바라고 있다. 우리는 이 연구를 더 발전시켜 우리의 시스템을 임상 환경에서 테스트하고 최종적으로 임상 용도로 변환할 수 있도록 하고 싶다”고 말했다.