신경·근육과 직접 통하는 보철 인공팔

팔 위쪽의 신경·근육과 전극으로 연결된 인공팔이 체리 열매를 안정적으로 들고 있다. 미국 케이스웨스턴리저브대학 제공

요즘과학

“인간과 기계의 안정적 융합을 이루었다.” 스웨덴 샬메르스공대가 최근 내놓은 보도자료는 다소 흥분 섞인 목소리를 담고 있지만, 잃어버린 팔을 대신하는 인공팔(로봇팔) 연구 분야에서 이 대학 연구진의 성과는 의미 있는 진전으로 받아들여졌다. 연구진은 새로운 방식의 인공팔을 개발해 제시했다. 전기적 신호를 주고받는 전극 장치를 뼈와 신경·근육에 직접 연결해 몸과 기계의 소통을 훨씬 더 안정적으로 구현한 것이다. 이 성과는 과학저널 <사이언스 중개의학> 최근호에 실렸다.

샬메르스공대 연구진은 10년 전 사고로 한쪽 팔의 팔꿈치와 그 아래를 다 잃은 화물차 운전사한테 이런 실험적인 인공팔을 시술했으며, 이 운전사는 1년 넘게 인공팔을 쓰며 일터에서 일상 활동을 해왔다고 전했다. 인공팔을 몸에 직접 연결하는 방식은 그동안 동물한테 시도되거나 사람한테는 일시적으로 쓰인 적은 있으나, 이번엔 1년 넘게 별문제 없이 사용돼 새로운 인공팔의 가능성을 보여주었다고 연구진은 전했다. 뼈와 인공팔은 티타늄 금속으로 연결됐으며 근육과 신경 주변에 전극을 심었다.

손의 촉각을 좀 더 실감할 수 있게 하려는 도전 기술에서도 진전이 이뤄졌다. 같은 과학저널에 함께 실린 미국 연구진(케이스웨스턴 리저브대학 등)의 논문은 압력 센서에 감지되는 촉각 신호를 몇 가지 패턴의 전기 신호로 바꾸어 신경과 뇌에 전달하는 촉각 복원 시스템을 개발했다고 보고했다.

연구진은 사고로 한쪽 팔을 잃은 두 남자한테 남아 있는 팔 위쪽의 신경 주변에다 2, 3개의 전극을 심어 연결한 인공팔을 시술했다. 1년 반 넘게 인공팔을 쓴 두 남자는 실험실의 촉각 복원 시스템의 도움을 받아 두드리기, 문지르기 같은 몇 가지 촉각을 사고 전에 느꼈던 감각과 비슷하게 느꼈다고 보고했다. 이들은 인공팔의 손가락으로 연약한 체리 열매를 집어 붙들고서 다른 정상의 손으로 열매 꼭지를 떼어내는 모습을 시연해 미세한 촉각의 되먹임(피드백)이 가능함을 보여주었다(동영상 http://youtu.be/075lJjJDonA). 그러나 현재 촉각 복원 시스템은 실험실에서 구현되는 수준이어서 인공팔에 이식하는 데엔 후속 연구가 필요하다.

더 넓은 각도로 움직이는 인공팔과 인공다리를 개발하려는 시도는 ‘신경보철’ 연구 분야에서 이어져 왔으며 안정적인 제어, 자연스런 동작, 실감나는 촉각의 구현은 넘어야 할 산으로 꼽혀 왔다. 이번 두 연구는 신경 주변에 전극을 직접 이식한 새로운 인공팔을 1년 넘게 안정적으로 써온 실제 경험을 보고했다는 점에서 눈길을 끌고 있다. <사이언스>는 “이 연구들은 전극을 몸에 직접 심는 것이 인공팔을 제어하는 데 더 정확하고 안정적인 방법임을 보여준다”고 전했다. 신경보철 분야에서 ‘사람과 기계의 융합’ ‘생물학과 기계전자공학의 결합’이 빠르게 이뤄지고 있다.

오철우 기자 [e-mail]