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美 피츠버그대, '촉감' 인지하는 BCI 기술 개발과학전문 저널 '사이언스'에 연구 성과 발표
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승인 2021.06.07  19:24:09
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▲ 피츠버그대 연구진이 촉감을 전달하는 BCI 로봇 핸드 기술을 테스트하고 있다.(사진=피츠버그대)

美 피츠버그대 연구진이 BCI(brain-computer interfaces) 기술을 이용해 로봇핸드(robotic hand,로봇의수)를 조작하는 것뿐아니라 물체의 감각까지 인식할 수 있는 기술을 개발했다고 와이어 등 매체들이 보도했다.

BCI 기술을 이용하면 머릿속으로 생각하는 것만으로 로봇핸드에 “책상에 놓여 있는 물컵을 잡아라”, “잡은 컵을 다른 곳으로 옮겨라”라고 명령할 수 있다. 하지만 로봇의수를 착용한 장애인은 실제로 잡은 물체의 촉감을 느낄 수는 없다. 보통 사람들이 물건을 잡는 때는 시각만이 아니라 촉각도 활용한다. 그래야만 물체의 성질에 따라 물건을 잡는 강도를 조절할 수 있다. 연필, 공, 컵 등을 떨어트리지않고 잡기 위해선 시각 기능뿐 아니라 촉각 기능을 활용해 잡는 강도를 조절한다. 이 같은 기술은 장애인들이 착용하는 로봇의수에도 꼭 필요하다.

피츠버그대 연구진은 교통사고로 팔을 제대로 쓸 수 없는 '나탄 코플랜드(Nathan Copeland)'를 대상으로 지난 2016년부터 BCI 기술을 로봇의수에 적용하기위한 연구를 진행해왔다. 나탄 코플랜드의 뇌 운동피질에 전극을 꼽아 뇌 신호를 로봇핸드에 보내는 것과 함께, 로봇핸드가 물체를 잡는 순간의 촉감을 다시 뇌쪽으로 전달하는 실험을 해왔다. 이를 위해 운동 피질뿐 아니라 촉감을 느끼게 해주는 뇌의 신경조직인 감각피질에도 전극을 삽입했다. 전극은 정보의 양방향 전달을 위해 컴퓨터 케이블에 연결되어 있다. 운동피질에 연결된 전극들은 뇌로부터 나오는 200개에 달하는 정보 채널을 추적할 수 있다.

연구팀은 코플랜드의 감각 피질을 자극하는 방식으로 로봇핸드가 느끼고 있는 정보를 뇌쪽으로 전달할수 있도록 했다. 코플랜드는 NPR과의 인터뷰에서 “손가락과 관련된 뇌의 부분을 자극함으로서 마치 손에서 촉각을 느끼는 것과 같은 경험을 할 수 있었다”고 말했다. 연구팀은 팔이나 다리로부터 전달되는 감각적인 피드백(Sensory feedback)은 사람들이 일상생활을 영위하는데 매우 중요하다며 피드백이 없으면 사람들의 행동은 심각하게 영향을 받는다고 지적했다.

실험 결과 코플랜드는 기존의 손 동작을 절반 정도의 시간에 처리할 수 있었다. 로봇 핸드로 돌을 잡아 다른 박스로 옮기는데 평균 15초 이상 걸렸는데, 감각피질을 자극하는 방식으로 5초 안에 처리할 수 있었다. 또한 컵에 있는 물을 다른 컵으로 옮기고 원래 위치로 돌아오는데 평균 1분 15초 정도의 시간이 걸렸는데 감각 피질을 자극하는 방식으로 24초만에 처리하는 게 가능했다.

이같은 연구 성과에도 불구하고 이 기술이 실제 장애인들에게 적용되기 위해선 갈길이 멀다. 뇌에 전극을 삽입하기 위해 뇌 수술이 필요하고, 전극의 수명도 영구적이 아니다. 연구팀은 이번 성과는 촉각을 인지할 수 있는 BCI 기술을 구현하기 위한 첫걸음을 내디뎠다는데 의미를 뒀다.

연구팀은 코플랜드에게 원통, 구형, 컵 등 물체를 잡아 다른 곳에 옮기는 등 수차례의 실험을 통해 BCI 기술을 테스트하고 연구 성과를 과학전문 저널인 ‘사이언스’ 최근호에 발표했다.

장길수  ksjang@irobotnews.com
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