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10월 4일 한국과학기술원(KAIST) 바이오및뇌공학과 신경물리학연구실을 찾았어요. 생각만으로 움직일 수 있는 로봇팔을 개발한 정재승 교수팀의 장상진 연구원을 만났지요. 이 로봇팔은 어떻게 생각대로 움직이는 걸까요?

생각만 해도 팔이 움직인다
“사람들의 생각을 해석해 움직이는 로봇팔이에요.”

장상진 연구원이 연구실에 있는 로봇팔을 가리키며 말했어요. 이 로봇팔은 사람이 팔로 무언가를 잡으려는 생각을 하면 이를 읽어내 사람이 원하는 대로 움직여요. 

연구팀은 뇌 질환 환자들의 뇌 속에 전극을 이식하는 수술을 했어요. 이 전극을 컴퓨터에 연결하면 사람이 팔을 움직이려고 할 때 뇌에서 어떤 전기 신호를 내는지 확인할 수 있지요. 연구팀은 팔을 왼쪽이나 오른쪽 그리고 위아래 등 다양한 방향으로 움직이라고 명령하는 뇌 신호들을 확인했어요. 이 신호를 로봇팔에 전달하면, 사람이 움직이려고 생각한 방향으로 로봇팔이 움직인답니다.

장상진 연구원은 “이 로봇팔은 사지 마비 환자 등 팔을 움직이기 어려운 사람들에게 유용할 것”이라고 기대했어요. 이어서 “기존 로봇팔보다 훨씬 더 세밀한 각도로 움직일 수 있다”고 말했습니다.

●인터뷰

장상진(KAIST 바이오및뇌공학과 연구원)

“내 마음대로 움직이는 로봇이 개발될 것”

 Q이번 로봇팔 연구를 시작하게 된 계기가 있으신가요? 
기존의 로봇팔은 왼쪽, 오른쪽, 위아래 등 학습된 방향으로만 움직일 수 있다는 한계가 있어 이를 개선하고 싶었어요. 이번에 저희가 개발한 로봇팔은 학습되지 않은 방향이더라도 사람이 생각한 방향과 매우 비슷하게 움직일 수 있다는 장점이 있답니다.

 Q어떻게 움직임을 개선했나요? 
기존에는 뇌에서 감지한 전기 신호가 매우 약해서 생각을 해석하기가 어렵다는 단점이 있었지만, 이번 연구를 통해 이 문제를 해결했어요. 뇌 속에 전극을 삽입한 실험 참여자들에게 팔을 움직이게 한 뒤, 팔을 움직이는 상상을 하게 했지요. 이 과정을 반복했더니, 상상만 했을 때보다 뇌의 신호가 더 잘 감지되는 것을 확인했습니다. 예측한 움직임의 방향을 더 정확하게 파악할 수 있게 된 거죠.

 Q그 이유가 무엇인가요? 
움직이고 나서 상상을 하면, 뇌가 운동 감각을 더 잘 기억하기 때문입니다. 기억에 남으면 상상한 신호가 더 강해지죠. 예를 들어 자전거를 타는 방법을 몸에 익히고 나면, 오랜만에 자전거를 타도 몸이 방법을 기억하고 있는 것을 알 수 있어요. 운동 감각이 기억에 남는 거죠.

 Q이 기술이 더 다양한 용도로 활용될 수 있을까요? 
그럼요. 이 기술을 응용하면 손가락이나 다리를 생각대로 움직이는 로봇손가락, 로봇다리 등을 개발할 수 있을 거예요. 더 나아가 몸 전체를 내 마음대로 움직이는 로봇이나 휠체어도 개발할 수 있을 것입니다.

가상 세계 속의 아바타를 내 생각대로 움직이는 게임도 할 수 있는 세상이 올 수 있겠네요. 어린이들처럼 꿈을 꾸고 상상의 한계를 뛰어넘다 보면 적용할 수 있는 분야를 더 넓힐 수 있을 것 같습니다.

 Q생각을 해석하는 기술에 어떤 연구가 더 필요할까요? 
이번 연구처럼 뇌 속에 전극을 삽입하면 정확한 신호를 감지할 수 있지만, 수술과 이식을 해야한다는 불편함이 있어요. 몸 밖에서 신호를 감지하면 이러한 불편함은 덜겠지만, 전극을 삽입할 때보다 신호가 약해지죠. 기존 방식들의 단점을 해결하는 최적의 방식을 찾아내는 연구가 앞으로 더 필요합니다.