▲ 초소형 유연 구동기 및 촉각 센서가 장착된 카테터 시술 모식도

서울대 기계공학부 박용래 교수팀이 인공근육 형태의 초소형 유연 구동기를 개발했다고 4일 밝혔다.

이를 통해 최소 침습 심장 수술 중 하나인 카테터 절제술이 더 정밀하고 안전해질 수 있을 것으로 기대된다. 이 연구는 권위 있는 국제 학술지 ‘소프트 로보틱스(Soft Robotics)’의 표지 논문으로 선정됐다.

카테터 절제술은 심장의 부정맥 치료를 위한 시술 가운데 한 방법이다. 가는 관인 카테터를 대퇴부 혈관을 통해 심장까지 삽입해 RF에너지를 발생시켜 심장 내 빈맥 발생 부위를 차단한다. 전세계적으로 많이 시행되고 있지만 시술 시 절제 부위에 너무 약한 힘을 가하면 시술 시간이 길어지거나 인접 정상 조직에 영향을 줄 수 있고, 너무 강한 힘을 가하면 심장에 천공이 생길 위험이 존재한다.

박용래 교수팀은 이러한 문제를 해결하고자 카테터 끝단에 장착할 수 있는 초소형 유연 구동기를 개발했다. 이 구동기는 지름 1.3~1.8mm, 길이 15mm의 매우 작은 크기이지만 근육처럼 쉽게 길이를 변화시킬 수 있는 유연한 구조로 이루어져 있다. 카테터 관을 타고 들어오는 식염수의 수압을 조절해 그 길이를 늘였다 줄였다 하는 방식이다. 이러한 조작을 통해 심장 벽의 접촉 부위에 가하는 힘을 미세하게 조절할 수 있다.

또한 카테터 끝단이 심장 벽에 가하는 접촉 힘을 감지할 수 있는 유연 촉각 센서를 구동기 끝에 내장함으로써 접촉 힘을 실시간으로 측정할 수 있을 뿐만 아니라 자동 제어도 가능하도록 했다. 아직은 시험 단계에 있지만 이러한 기술이 적용된다면 미래에는 훨씬 더 안전하고 정밀한 방법으로 신체 다양한 부위에 최소 침습 수술을 할 수 있을 것으로 기대된다.

박용래 교수는 “이번 연구 결과는 유연 구조를 가지면서도 쉽게 움직임을 만들어낼 수 있는 소프트 로봇 기술을 매우 작은 크기로 구현했기 때문에 가능했다. 앞으로는 정확도와 구동 속도를 향상시키는 데 노력할 계획”이라고 말했다.

미국 카네기멜론 대학교(Carnegie Mellon University) 및 피츠버그 의대(University of Pittsburgh Medical Center)와 공동 연구로 이루어진 박용래 교수팀의 연구 결과는 소프트 로봇 분야 국제 학술지인 '소프트 로보틱스(Soft Robotics)' 10월호에 표지 논문으로 선정됐다. 논문 제목은 'Soft Miniaturized Actuation and Sensing Units for Dynamic Force Control of Cardiac Ablation Catheters’이다.