센서 부착한 절단 환자, 고품질 근육 신호 감지
감지 신호 무선 전송해 보행 보조하는 원리
(내외방송=정지원 기자) 사용자의 의도에 맞게 제어할 수 있는 로봇 의족이 개발돼 사지 절단 환자에게 희소식이 될 것으로 보인다.
DGIST(대구경북과학기술원)는 "이상훈 로봇및기계전자공학과 교수 연구팀이 서울아산병원 성형외과팀과 휴고다이나믹스와 공동연구를 통해 무감각성 표면 근전도(근육의 활동전위를 기록한 곡선) 센서를 개발했다"고 8일 밝혔다.
로봇 의족 개발에서 가장 중요한 점은 절단 환자의 의도에 맞게 하지 기능이 안정적으로 구현되는 것이다. 환자의 생체 신호를 신속하고 정확하게 감지해 통신하는 것이 요점이다.
비침습적(신체를 통과하지 않는 방법)인 방법으로 근전도 신호를 기록하려면 센서가 소켓(회로 끝에 있는 이음 장치) 내부의 실리콘 라이너(마모되는 것을 막기 위해 붙이는 판)에 있어야 한다.
실리콘 라이너는 매우 좁고 습할 뿐만 아니라 무게와 움직임 등으로 센서가 생체 신호를 안정적으로 기록하기 어렵다는 단점이 있었다.
연구팀은 '미세 전자 제어 기술'을 통해 만들어지는 생체인터페이스(생체환경)인 '무감각성 표면 근전도 센서'를 제작해 한계 극복에 나섰다.
새로 개발된 근전도 센서는 서펜타인 구조(뱀처럼 구불구불한 구조)를 착안해 유연성과 신축성, 통기성과 접착성을 뗘 절단 환자의 환부에 적용하면 장기간 사용할 수 있다.
연구팀이 하지 절단 환자에게 무감각성 표면 근전도 센서를 부착한 후 근육 신호를 기록하는 기능성 평가를 진행한 결과, 평지나 경사면, 계단 등에서 보행하는 절단 환자의 근육 신호가 고품질·실시간 감지됐다.
이 신호를 무선 전송해 로봇 의족에 내장된 동작 분서 센서로 환자의 보행 보조가 가능해지는 것이다.
더 나아가 무감각성 표면 근전도 센서가 감지한 절단 환자의 발바닥쪽굽힘 운동과 발등굽힘 운동에서 발생한 근육 신호가 상업용보다 더 뛰어나다는 것도 확인됐다.
이를 통해 연구팀은 신체 신호를 활용한 로봇 의족과 로봇 의수의 정밀 제어 외에도 다양한 웨어러블(착용 가능한) 응용 기술에도 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
이 교수는 "앞으로 사지와 같은 감각과 운동 기능 구현이 가능한 바이오닉 사지를 개발해 절단 환자들도 일상생활을 누릴 수 있게 만들고 싶다"고 말했다.
한편, 범부처전주기의료기기개발사업단 등의 지원을 받아 수행된 이번 연구는 국제학술지인 '엔피제이 플렉서블 일렉트로닉스(npj Flexible Electronics)'에 최근 게재됐다(논문명: Imperceptive and Reusable Dermal Surface EMG for Lower Extremity Neuro-Prosthetic Control and Clinical Assessment).
