메뉴바로가기본문바로가기

동아사이언스

119가지 촉감 느끼는 '인공손' 나왔다

통합검색

119가지 촉감 느끼는 '인공손' 나왔다

2019.07.26 16:27
왼팔이 없는 실험참가자가 유타대 연구팀이 개발한 의수 ′데카루크 암′을 끼고 달걀을 옮기거나 포도알을 집거나, 휴대전화를 만지거나, 부인과 악수하는 모습. 데카루크 암은 사람이 힘을 조절하고 감각을 느끼는 신경계를 모방해 만들었다. 사이언스 로보틱스 제공
왼팔이 없는 실험참가자가 유타대 연구팀이 개발한 의수 '루크 암'을 끼고 달걀을 옮기거나 포도알을 집거나, 휴대전화를 만지거나, 부인과 악수하는 모습. 루크 암은 사람이 힘을 조절하고 감각을 느끼는 신경계를 모방해 만들었다. 사이언스 로보틱스 제공

지금까지 개발됐던 것중에 가장 실제처럼 민감하게 촉감을 느끼는 '가짜 손'이 탄생했다. 

 

미국 유타대와 시카고대 연구팀은 로봇제조업체 데카 사와 함께 119곳에서 미세한 압력과 진동을 느껴 마치 실제 손처럼 섬세하게 느낄 수 있는 의수 '데카루크 암(이하 루크암)'을 만들어 연구결과를 국제학술지 '사이언스 로보틱스' 24일자에 발표했다.

 

지금까지 의료용으로 사용했던 기존 의수와 의족은 대부분 보철과 실리콘으로 만들어 물건을 들거나 거리를 걷는 등 주로 운동기능을 대신하는 데 쓰였다. 하지만 실제 손과 다리처럼 자연스러운 촉감을 느끼는 것은 불가능하다.

 

실제 손 신경과 근육 모방해 힘 조절과 감각 구현

유타대 연구팀이 개발한 데카루크 암이 실제로 느낄 수 있는 감각들을 동그라미로 나타냈다. 데카루크 암을 끼고 느낄 수 있는 감각이 119가지나 된다. 대부분 진동(빨간색, 37%)과 압박(녹색, 29%)이며 고통(파란색)이나 조임(오렌지색), 두드림(노란색), 바람처럼 윙윙거림(검은색)도 느낄 수 있다. 검은색 화살표는 척골신경과 정중신경에 심은 전극을 통해 자극이 전해지는 길이다. 사이언스 로보틱스 제공
유타대 연구팀이 개발한 루크 암이 실제로 느낄 수 있는 감각들을 동그라미로 나타냈다. 루크 암을 끼고 느낄 수 있는 감각이 119가지나 된다. 대부분 진동(빨간색, 37%)과 압박(녹색, 29%)이며 고통(파란색)이나 조임(오렌지색), 두드림(노란색), 바람처럼 윙윙거림(검은색)도 느낄 수 있다. 검은색 화살표는 척골신경과 정중신경에 심은 전극을 통해 자극이 전해지는 길이다. 사이언스 로보틱스 제공

연구팀이 개발한 루크 암도 보철로 만든 모터와 실리콘 피부로 이뤄져 있다. 하지만 100개 이상의 미세전극과 와이어로 이뤄진 '신경근육 시스템'이 있어 실제 손과 비슷하게 힘을 조절하거나 촉감을 느낄 수 있다. 

 

연구팀은 먼저 실제 손이 물건을 만질 때 말초신경에서 신경섬유들이 일시적으로 활성화하는 패턴을 연구했다. 그리고 수학모델을 이용해 실제 손처럼 힘을 주고 감각을 느낄 수 있는 신경근육 시스템을 만들었다. 신경계의 전기신호를 손을 움직이는 디지털신호로 바꾸거나, 손에서 느껴지는 정보를 전기신호로 바꿀 수 있다. 이런 원리를 통해 루크 암이 느낄 수 있는 감각은 단순한 압력이나 진동 외에도 조이는 압박감이나 통증, 두드림 등 총 119가지나 된다. 

 

연구팀은 실험참가자의 팔 절단면에 있는 근육과 척골신경, 정중신경에 신경근육 시스템의 미세전극들을 심고 루크 암을 끼게 했다. 실험 참가자는 포도와 달걀, 휴대전화 등을 만지거나 옮기고, 다른 사람과 악수를 했다. 

 

그 결과 실험참가자는 사과와 빵, 달걀, 깨진 달걀 껍데기, 우유갑, 패트병, 맥주캔, 와인잔 등 강도가 서로 다른 물건들을 집을 때 힘을 조절할 수 있었고, 각각 재질이 어떻게 다른지 느낄 수 있었다. 눈과 귀를 가리고 사물을 만졌을 때에도 자신이 만진 물건의 크기와 질감을 정확하게 묘사할 수 있었다. 그는 "예전에 자기 손이 있었을 때처럼 힘을 미세하게 조절하고 섬세한 감각을 느낄 수 있어 충격적"이었다며 부인과 악수를 했을 때에는 매우 감격했다.

  
연구를 이끈 그레고리 클락 유타대 생명의학공학과 교수는 "대뇌에서 근육을 움직이도록 명령을 내리거나, 촉감 정보를 대뇌에게 보낼 때 신경계가 전기신호를 이용하는 것을 흉내 냈다"며 "이 기술을 이용해 팔다리가 절단된 환자가 예전처럼 자유롭게 움직이고 느낄 수 있도록 도울 뿐 아니라 섬세한 작업을 하는 로봇도 만들 수 있을 것"이라고 기대했다. 

 

연구팀은 실험에 사용한 프로토타입 외에도, 모든 전극과 와이어가 안쪽에 장착돼 있어 쉽게 휴대할 수 있는 무선 루크 암을 개발할 계획이다.

 

연구팀은 데카루크 암을 낀 사람이 사물의 특성에 따라 힘 조절을 할 수 있도록 실제 손을 흉내 낸 신경근육 시스템을 만들었다. 이 시스템이 없을 때(하얀색)와 있을 때(검은색) 힘 조절이 어떻게 달라지는지 실험했다. 그 결과 사과나 와인잔처럼 비교적 강도가 센 물건을 집을 때는 큰 차이가 없었지만, 빵이나 달걀, PET 병처럼 쉽게 부서지거나 찌그러지는 물건을 집을 때는 큰 차이가 나타났다. 주의가 필요한 물건을 만질 때 신경근육 시스템으로 힘을 조절했다는 뜻이다. 사이언스 로보틱스 제공
연구팀은 루크 암을 낀 사람이 사물의 특성에 따라 힘 조절을 할 수 있도록 실제 손을 흉내 낸 신경근육 시스템을 만들었다. 이 시스템이 없을 때(하얀색)와 있을 때(검은색) 힘 조절이 어떻게 달라지는지 실험했다. 그 결과 사과나 와인잔처럼 비교적 강도가 센 물건을 집을 때는 큰 차이가 없었지만, 빵이나 달걀, PET 병처럼 쉽게 부서지거나 찌그러지는 물건을 집을 때는 큰 차이가 나타났다. 주의가 필요한 물건을 만질 때 신경근육 시스템으로 힘을 조절했다는 뜻이다. 사이언스 로보틱스 제공

 

이 기사가 괜찮으셨나요? 메일로 더 많은 기사를 받아보세요!

댓글 0

10 + 9 = 새로고침
###
    과학기술과 관련된 분야에서 소개할 만한 재미있는 이야기, 고발 소재 등이 있으면 주저하지 마시고, 알려주세요. 제보하기