d라이브러리 2016년 19호 어린이과학동아

전기 신호로 근육을 되살려라!

사람이 몸을 움직일 때 근육에서는 약한 전기 신호가 나와요. 이걸 ‘근전기 신호’라고 한답니다. ‘기능성 전기 자극(FES)’은 이 점을 거꾸로 이용해 근육에 인공적인 전기 자극을 주고, 이 자극에 따라 근육이 움직이게 하는 기술이에요. FES는 몸이 마비된 환자뿐만 아니라, 근육의 힘이 떨어진 노인이나 팔다리가 불편한 사람들에게도 도움이 되고 있어요.

사이배슬론의 FES 경기에는 특수하게 제작된 자전거가 쓰여요. 몸이 마비된 장애인이 자전거에 누우면, 기술자들이 자전거에 연결된 전극을 장애인의 다리에 붙이고 장애인의 발 끝을 페달에 올려놓지요. 그러면 자전거에서 나오는 전기 신호를 받은 다리 근육이 저절로 움직이며 페달을 밟게 된답니다. 이 기술을 응용하면 전신마비 장애인도 휠체어나 차를 직접 운전하며 원하는 곳으로 쉽게 이동할 수 있을 거예요.

로봇을 입으면 근육이 불끈!

입는 로봇은 이름 그대로 몸 바깥쪽에 로봇 같은 전신 수트를 장착하는 거예요. 많은 사람이 좋아하는 ‘아이언맨’이 대표적인 예이지요. 수트는 근전기 자극을 이용해 움직이지 않는 근육을 움직이게 만들거나, 기존의 근육 힘을 더욱 키워요. 또 몸이 마비된 사람의 약해진 근육을 받치는 역할도 하지요.

비장애인도 입는 로봇의 힘을 빌리면 아주 무거운 물건을 거뜬히 들거나, 무거운 장비를 차고 오랫동안 활동할 수 있어요. 그래서 입는 로봇은 군대나 산업용으로도 활발하게 개발되고 있지요.

척수 마비 재활을 위해 쓰이는 로봇은 조금 더 복잡해요. 척수는 몸의 모든 신경 자극이 지나가는 중심 기둥이에요. 척수 마비 환자는 이 기둥이 제 역할을 못하는 상태지요. 쉽게 말해서 뇌와 몸을 잇는 가장 큰 길이 끊어져 신경 신호가 쉽사리 지나갈 수 없는 상황인 거예요.

그래서 척수 마비 재활 로봇에는 환자의 의사를 전달하는 센서와 이를 받아들이는 근육 센서가 각각 달려 있어요. 그리고 쓰지 않아 사라진 근육과 관절의 힘을 대신하는 모터를 사용하지요. 이 센서와 모터는 허리나 등 부분에 달린 컴퓨터와 연결돼요. 그럼 환자는 마치 자동차를 운전하는 것처럼 로봇을 조종해 몸을 움직일 수 있답니다.

하지만 이렇게 많은 장치를 달면 로봇이 무거워지기 쉬워요. 그래서 로봇의 힘을 반대 방향으로 받쳐 몸을 최대한 가볍게 해 주는 ‘중력 보상기’도 꼭 필요하답니다.

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Part 3. 근육을 내 맘대로!