스크랩 [로봇 의수·의족] 장애를 극복하는 기술의 발달, 이젠 공상과학 아닌 현실

[아줌마]

지난해 전 세계를 뜨겁게 달군 브라질월드컵의 개막전에선 두 눈을 의심할만한 감동 깊은 장면이 연출됐다. 하반신 마비 환자 줄리아노 핀토(29)라는 청년이 휠체어에서 일어나 축구공을 차며 월드컵 시축을 성공시켰기 때문이다. 핀토는 뇌파를 감지하는 헬멧을 착용 "왼쪽 발을 뒤로", "공을 차"라는 명령을 내렸고 컴퓨터가 로봇다리로 전달 공을 움직였다. 선천적으로 혹은 후천적 불의의 사고로 팔이나 다리 등 신체 일부를 사용할 수 없는 사람들에게 로봇은 가히 혁명과도 같은 존재가 되고 있다. 단순히 시각적인 효과만 주었던 과거 의족, 의수의 기술이 최근에는 이처럼 테크놀로지와 결합해 기적의 600만불 사나이를 만들어내고 있는 것이다.

사람의 신체 일부를 대신하는 로봇의 역할은 앞으로 미래산업의 핵심 축이 되지 않을까 생각된다. 그런 가운데 세계에서 가장 발 빠른 기술적 진보를 보여주는 국가는 바로 미국이다. 미국은 미 국방부 산하 국방고등연구계획국인 DARPA(Defense Advanced Research Agency)이 나서서 로봇 의수나 의족을 만들기 위한 연구를 지원한다. DARPA가 이처럼 로봇 의수에 관심을 보이는 이유는 많은 병사들이 전쟁터에서 부상으로 팔다리를 잃고 도움을 호소하는데 있다. 이 같은 기술발달의 긍정적인 요인은 바로 전쟁 상이군인 뿐 아니라 교통사고는 물론 선천적으로 팔다리가 없는 신체적 장애가 있는 사람들에게도 큰 도움이 될 수 있다는 점이다.

최근 DARPA가 지원하는 연구개발 사업 중 주목받는 것은 세그웨이(1인용 운송수단) 개발자로 알려진 딘 카멘(Dean Kamen)이 개발한 데카 암 시스템(DEKA Arm System)을 실제 임상에서 사용할 수 있도록 FDA가 이미 지난해 승인했다는 점이다. 승인당시 이 로봇 의수는 실제 사람과 같은 정교한 동작은 힘들지만 작은 방울토마토를 손가락으로 잡거나 물병을 들고 물을 마시는 일까지 가능하게 했다. 

그리고 그 기술력은 최근 더 정교해지고 있다. 최근 공개된 영상에서는 이 로봇 의수를 이용해 암벽까지 등반하는 모습을 보여

줘 사람들을 깜짝 놀라게 했다. 이 로봇 의수는 EMG(electromyogram) 전극을 이용한다. 착용자의 남은 근육의 신호를 받아들여 사용자의 의지대로 움직이는 시스템을 채택하는 것이다. 여기에 정교한 센서 더해 달걀처럼 깨지기 쉬운 물체도 안전하고 쉽게 들어 올릴 수 있게 했다.

데카 암 시스템 외에도 전 세계적인 로봇 의수와 의족에 대한 관심은 지대하다. 스위스의 로잔 연방 공과 대학교(EPFL)와 이탈리아의 SSSA 등 여러 연구소들은 합동으로 연구한 결과 감각을 지닌 새로운 로봇 의수룰 환자에게 이식하는데 성공하기도 했다. 이 의수는 감각을 전달하는 것은 물론 매우 정교한 동작이 가능한 특징을 가지고 있어 한단계 더 빠른 기술진보를 예약했다. 이 연구팀에게 양팔 모두 로봇 의수를 이식받은 환자는 덴마크에서 온 Dennis AaboSørensen로 그는 "9년 만에 처음으로 느끼는 감각" 이라며 감탄을 잇지 못했다. 이 연구팀의 기술력은 전기 신호를 환자의 신경세포가 인식할 수 있도록 하는 컴퓨터 알고리즘을 이용했다.

기존의 전기 신호는 신경세포가 인식하기 부담이 될 수 있기 때문에 복잡한 컴퓨터 알고리즘을 통해 눈을 가린 상태에서도 물건의 단단하거나 무른 정도를 파악할 수 있도록 기술 개발했다. 실제 연구팀이 공개한 동영상에서도 세개의 손가락을 이용해 귤을 쥐고 있는 환자의 모습이 나온다. 또 스웨덴의 찰머 공개 연구팀은 인체와 기계간의 혼동을 장기간 안정화하기 위해 세포융합반응(osseointegration)을 활용해 기존과 다른 수준의 결합(의수와 인체간)을 해내기도 했다. 인공팔은 골격에 직접 연결되면서 기계적인 안정성을 제공하고 인체의 생물학적 제어시스템인 신경과 근육 역시 신경근육적국을 통해 기계의 제어시스템에 직접 맞닿는다. 이는 인체간 기계간에 생물학과 메카트로닉스간의 긴밀한 결합을 이뤄낸다"라고 설명하고 있다.

이 밖에도 존스 홉킨스 대학의 응용 물리 연구소 (Johns Hopkins University APplied Physics Laboratory (APL)) 팀도 지난해 여름, 역사적인 양팔 로봇 의수를 테스트해 성공하기도 했다. 테스트에 참여한 레스 바우(Les Baugh)는 40년 전 불운한 감전 사고로 인해 양팔을 절단 해야 했지만 로봇 의수를 착용한 뒤 감탄을 잇지 못하며 새로운 삶을 경험했다. 이번 연구에서 존스 홉킨스 대학의 외상 전문 외과의인 알버트 차이(Johns Hopkins Trauma Surgeon Albert Chi, M.D)박사는 새로운 외과 시술을 통해 로봇 의수의 길을 열었다. 오래전 잘려져 나간 신경 말단을 다시 로봇 의수와 연결시키는 고난이도의 기술이었다

로봇 의수, 의족의 기술력에 있어서 가장 중요한 해결문제는 사람의 팔이나 다리처럼 사용자의 의도대로 움직이게 하는 것이다.

전세계의 모든 로봇공학자들의 고민은 하나다. 얼마나 더 많은 기술진보를 이뤄야 인간의 신체와 동일한 기능을 수행할 수 있느냐이다. 현재의 휴머노이드 로봇이라면 두 발로 걷거나 달리고 음악에 맞춰 춤을 추거나 공을 차고 악수를 하는 수준이다. 나아가 로봇의 발달은 환자를 케어하는 간호사로봇, 가사를 돕는 가사도우미 로봇, 아이들과 놀아주는 유아 교육로봇, 서빙을 하는 웨이터 로봇, 청소를 돕는 청소로봇까지 점차 그 영역은 확대되어 가고있다. 

라이프스타일의 변화와 기술의 진보가 맞물려 로봇시장이 성장하는 것은 자명한 사실이다. 오는 2020년이면 이 지능형 로봇 시장규모가 100조원에 달한다는 이야기도 있다. 기술력의 핵심은 바로 인간 지능형 로봇의 개발이다. 뛰어난 언어능력 계산능력 보다 더 중요한 것은 사람의 신체기능 수준과 맞먹는 정교함에 달려있다. 최근의 기술개발은 머그컵을 들거나, 연필, 과일을 손가락으로 집는 것은 물론 계란이나 백열전구와 같은 깨지기 쉬운 물건까지 잡을 수 있는 정교함이 완성된 상태다. 

우리나라에서도 해부학적으로도 인체와 비슷한 로봇팔을 개발해 16개의 관절을 지녀 각각의 손가락 움직임이 가능하도록 했다. 우리나라 뿐 아니라 전세계적으로 로봇 의수, 의족의 기술은 계속해서 진화하고 있다. 뇌의 신호에 정확한 반응, 근육신호를 인지한 전극이 손가락 마디의 관절을 움직이는 정교한 기술력까지 최첨단 로봇공학이 로봇 의수, 의족에 집중하는 이유다.

가격이 2만달러 이상이며 많게는 10만 달러를 넘는다는 것이 앞으로의 해결과제라면 해결과제다. 치열한 기술경쟁 못지않게 가격경쟁까지 시작된다면 의수, 의족이 필요한 사람들 뿐 아니라 일반사람들까지 수혜를 입어 아이언맨을 능가하는 지구영웅이 탄생할지도 모를 일이다.

?글 / 김지환 자유기고가(전 청년의사 기자)

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