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신경이 명령하면 기계가 움찔움찔!

사이배슬론의 의수 경주에 참가한 팀들은 채소 다듬기, 빨래집게 꽂기, 커피 따르기 등 일상에서 늘 사용하는 섬세한 손동작을 겨루며 로봇팔의 발전을 보여 줄 예정이에요. 이런 간단해 보이는 활동이 왜 경기 종목으로까지 나왔을까요?

팔, 다리를 움직이기 위해서는 뇌에서 나온 ‘움직여라’는 전기 신호가 신경을 통해 해당 부위로 전달돼야 해요. 다시 말해 전기로 움직이는 인공 팔다리를 만들기 위해서는 사람 몸에 남아 있는 신경과 인공 팔다리의 전선을 연결해 뇌의 신호가 기계로 완전하게 전달되도록 해야 하죠.

뇌의 전기신호는 아주 약한 전기 자극으로 똑같이 흉내 낼 수 있어요. 하지만 원하는 신경에서 원하는 자극만을 받아들이게 하는 기술은 어려워요. 예를 들어 한 손을 움직이는 데만 34개의 큰 신경과 수백 개의 작은 신경이 복잡하게 얽히며 일하고 있지요. 만약 신경을 하나라도 잘못 이을 경우, 머리로는 손가락을 굽히고 싶은데 로봇팔은 손목을 반대로 돌리는 일이 일어날 수 있어요.

손과 발은 특히 많은 관절들이 섬세하게 움직이는 기관이에요. 그래서 인공 팔다리를 만들려면 각 관절의 움직임을 하나하나 통제하는 것도 필요하지요. 또한 손가락이나 발가락 끝이 적당한 힘으로 물건을 집거나 누를 수 있게 해야 해요. 무거운 책을 드는 힘으로 종이컵을 누를 경우, 물 한 번 마시지 못하고 컵이 찌그러질 테니까요.

이 때문에 인공 팔다리를 만들고 움직이는 기술은 매우 어렵답니다. 이번에 선수들이 성능을 겨루는 이유지요.



신경세포의 자극을 팔로 직접!

팔다리가 있어도 쓸 수 없는 사람들이 있어요. 사지의 신경이 마비된 환자들이지요. 이런 사람들에겐 기계로 몸을 바꿔 끼우기보다, 마비된 신경을 살아나게 하는 기술이 필요해요.

지난 봄, 미국 파인스타인의학연구소 채드 바우턴 신경기술분석단장은 척수가 망가져 팔다리가 마비된 환자의 손을 자유롭게 움직이게 하는 데 성공했어요. 연구팀은 이를 위해 뇌와 팔을 직접 연결해 서로 신호가 오가게 하는 특수한 장치를 만들었답니다.

연구팀은 먼저 환자의 대뇌에 신경 세포의 신호를 읽는 전극을 심었어요. 그리고 이 신호를 받을 수 있는 전극을 얇은 밴드로 감싼 ‘전극 패치’를 환자의 손목에 붙였지요. 두 전극은 전선으로 연결돼 있어서 서로 신호를 주고받을 수 있어요. 연구팀은 이 장치에 ‘뉴럴 바이패스’라는 이름을 붙였어요.

뉴럴 바이패스는 뇌의 신경세포가 내리는 명령을 읽고, 이를 팔로 전달해요. 뇌가 ‘검지손가락을 구부려라’는 명령을 내리면, 이 명령을 담은 전기신호를 전극 패치로 보내서 검지손가락의 근육을 움직이는 거죠. 다시 말해 마비된 신경을 대신해 뇌와 연결된 ‘의수’가 손을 움직이는 셈이랍니다.

환자는 이 장치를 끼고 훈련을 거듭해 손동작 6가지를 자유롭게 해내는 데 성공했답니다. 손가락 5개를 각각 따로 움직일 수 있기 때문에 전자기타를 연주하고 물병에 담긴 물을 컵에 부어 막대로 젓는 정교한 동작도 할 수 있었지요. 연구팀은 “실용적인 연구이기 때문에 마비로 힘들어 하는 환자들에게 도움이 될 것”이라고 밝혔답니다.



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