University of Cambridge

구음장애 환자의 말을 돕는 리보이스 장치의 착용 모습.

 

뇌졸중에 걸린 환자는 말이 어눌해지고 발음이 어려워지는 구음장애를 종종 겪는다. 구음장애를 겪는 사람의 말을 자연스러운 문장으로 완성해 주는 장치가 나왔다. 1월 19일 루이지 오키핀티 영국 케임브리지대 기계공학과 교수가 이끈 국제 공동연구팀은 뇌졸중 환자의 의사 표현을 돕는 목 밴드 ‘리보이스’를 만들어 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 공개했다. doi: 10.1038/s41467-025-68228-9
뇌졸중 환자가 말하려고 시도하면, 소리가 입밖으로 나지 않아도 목 근육에서는 진동이 발생한다. 연구팀은 이 진동을 사용했다. 먼저 전기가 통하는 그래핀 잉크를 합성 섬유에 인쇄해 리보이스를 만들었다. 이후 리보이스 착용자가 말하려고 하면, 근육에서 발생한 진동으로 그래핀 잉크 조각 사이의 틈이 벌어진다. 이에 따라 그래핀에 흐르는 전류가 방해받아 전기 저항이 커진다. 리보이스에 달린 전기 회로는 전기 저항의 변화를 감지해 목 내부 성대와 목 근육에서 발생한 미세한 진동을 파형으로 기록한다.  

전기회로가 감지한 파형은 리보이스와 연결된 머신러닝 모델이 분석한다. 머신러닝 모델은 진동 기록을 144ms(밀리초·0.001초) 단위로 나눈 뒤 기존에 학습한 발화 데이터와 비교해 뇌졸중 환자의 발음을 추측한다. 연구팀은 추측한 발음을 거대언어모델(LLM)에 입력해 단어를 추출했다. LLM은 발음과 발음 사이가 자연스럽게 이어질 수 있는 조합을 찾아 단어를 만든다. 

LLM은 추출한 단어에 다시 상황과 환자의 감정 상태를 더해 온전한 문장을 생성한다. 현재 상황에 대한 정보는 그날의 날씨와 시간 등으로 파악하고, 환자의 감정은 환자의 맥박수로 알아낸다. 리보이스에 있는 그래픽 잉크로 목에 있는 경동맥의 진동을 감지해 맥박수를 알 수 있다. 뇌졸중 환자가 내뱉은 “우리, 병원에, 간다”는 말을 시간대와 환자의 불쾌한 감정을 파악해 “시간이 좀 늦었지만, 난 여전히 불편한데 병원에 갈 수 있을까요?”로 해석하는 식이다.

연구팀은 리보이스를 이용해 구음장애가 있는 뇌졸중 환자 5명을 대상으로 임상시험을 진행했다. 환자가 말하려고 의도한 문장과 리보이스가 완성한 문장을 비교한 결과, 단어의 오류율은 평균 4.2%, 문장의 오류율은 평균 2.9%였다. 또 환자들을 대상으로 설문조사를 진행한 결과, LLM이 단어 추측까지만 해줬을 때와 비교해 문장 완성까지 해줬을 때 환자들의 만족도가 평균 55% 증가했다. 연구팀은 “현재 리보이스는 영어 문장만 생성 가능한데, 향후 다국어 기능과 함께 더 다양한 감정을 표현하는 기능을 추가할 계획”이라고 논문에 밝혔다.
 

리보이스, 목의 진동으로 문장을 완성하다

리보이스는 목 근육 진동으로 단어를 추출한 뒤 사용자의 감정과 상황을 파악해 완벽한 문장으로 완성한다.

 

nature communications, AI 생성 이미지(Nano Banana), 이형룡