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시드니공대 나노튜브 바이오센서 개발···‘뇌 제어 로봇’에 성큼부식·내구성·피부 접촉 저항성 극복···향후 뇌파로 자율주행차 지휘·제어 가능성
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승인 2021.12.30  10:30:25
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▲나노전자 및 소재분야 전문가인 프란체스카 야코피 시드니공대 교수가 실험에 몰두하고 있다. (사진=시드니공대)

호주 시드니공대(UTS)가 개발한 새로운 탄소 기반 바이오센서가 두뇌로 로봇을 제어하는 분야에서 새로운 혁신을 주도하게 될 것으로 보인다고 ‘테크익스플로어’가 보도했다.

이 바이오센서는 프란체스카 야코피 시드니공대 공학 및 IT부 교수와 그녀의 팀이 개발했다. 이 센서는 뇌가 보내는 전기 신호를 감지하기 위해 얼굴과 머리 피부에 밀착되며, 이 신호들을 자율 로봇 시스템 제어용 명령으로 변환할 수 있다.

이 센서는 매우 얇고 강한 여러층으로 된 탄소인 기상증착결정성장(에피택셜)제조 방식 그래핀으로 만들어지며, 실리콘 상 산화실리콘 기판에서 직접 성장된다. 그 결과 그래핀 기반 바이오센싱의 세 가지 주요 난제인 부식, 내구성, 피부 접촉 저항성을 극복하면서 확장성이 뛰어난 참신한 감지 기술이 탄생했다.

야코피 교수는 “우리는 그래핀의 뛰어난 생체 적합성과 전도성을 바이오센서를 사용하기에 매우 탄력적이고 강력하게 만드는 최고의 실리콘 기술과 결합시킬 수 있었다”고 말했다. 그래핀은 바이오센서 개발에 자주 사용되는 나노물질이다.

그러나 현재까지 이러한 바이오 센서 제품들 중 다수는 일회용으로만 개발돼 왔으며 피부의 땀과 다른 형태의 수분에 접촉하면 갈라지기 쉬웠다.

이와 반대로 시드니공대 팀이 개발한 바이오센서는 염분이 높은 환경에서도 장기간 사용할 수 있으며 여러 번 재사용할 수 있는 전례없는 결과를 보였다. 게다가 이 센서는 센서와 피부 사이에 최적으로 접촉되지 않을 경우 피부가 뇌에서 오는 전기적 신호 감지를 방해하는 이른바 ‘피부 접촉 저항’을 극적으로 감소시키는 것으로 나타났다.

야코피 교수는 “우리 센서를 사용하면 센서가 피부에 위치할 때 접촉 저항이 개선됐다”며 “시간이 지남에 따라 우리는 초기 접촉 저항을 75% 이상을 줄일 수 있었다”고 밝혔다.

그녀는 “이것은 뇌에 의해 보내지는 전기 신호를 신뢰성 있게 수집한 다음 엄청나게 증폭시킬 수 있고, 센서가 가혹한 환경에서도 신뢰성 있게 사용될 수 있다는 것을 의미하며, 따라서 뇌-기계 인터페이스에서의 사용 가능성을 향상시킨다는 것을 의미한다”고 설명했다.

이 연구는 뇌파가 자율주행 차량을 지휘하고 제어하기 위해 어떻게 사용될 수 있는지를 조사하기 위한 더 큰 협력의 일부를 구성한다. 이는 나노기술과 전자소재 분야 연구로 국제적 명성을 얻고 있는 야코피 교수와 뇌-컴퓨터 인터페이스 분야의 선도적 연구자인 린친텡 UTS 교수가 손잡고 내놓은 성과다. 이 연구는 호주 국방혁신허브로부터 120만달러(약 14억원)의 지원을 받았다.

이 연구성과를 구현하는 데 성공하면 국방환경과 그 이상에서 응용 가능성이 있는 맞춤형 소형 그래핀 기반 센서를 생산하게 된다. 이 바이오센서 관련 연구는 이번 달 신경공학저널(Journal of Neural Engineering)에 발표됐다.

이성원  sungwonly09@gmail.com
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