KISTI의 과학향기

대구경북과학기술원(DGIST) 이상훈 로봇 및 기계전자공학과 교수팀이 생물학적 인터페이스와 말초신경 인터페이스를 결합한 생체 인터페이싱 기술, ‘하이브리드 바이오닉 신경 인터페이스’를 개발했다.

 

최근 당뇨 같은 성인병이 증가하면서 사고뿐만 아니라 당뇨로 인한 사지 절단 환자 수가 급격히 늘고 있다. 사지 절단은 영구적인 물리적인 장애로, 신체 상실에 따른 심리적 장애까지 부를 수 있다. 이에 국내외에서는 잃어버린 팔다리를 로봇으로 대체하는 바이오닉 상하지 기술개발 연구가 진행되고 있다. 인체 상하지 기능이 구현되려면 사용자와 로봇 팔다리가 양방향 의사소통을 통해 일체화될 필요가 있다. 따라서 안정적인 고성능 생체 인터페이싱 핵심기술이 필요하다.

 

연구팀은 물리적 수술로 형성하는 생물학적 인터페이스인 재생적 말초신경 인터페이스 (RPNI)와 기존 공학적 말초신경 인터페이스(PNI)를 결합한 하이브리드 생체 신경 인터페이스를 개발했다. 이 인터페이스는 버클 스트랩을 모방하고 형상기억폴리머(SMP)를 사용해 절단된 신경에 쉽고 빠른 이식이 가능하며, RPNI 형성 후 근육과 신경에 동시 접촉할 수 있다.

 

연구팀은 토끼 체내에서 하이브리드 생체 신경 인터페이스를 형성하고, 양방향 신경 자극 및 기록을 위한 소자의 기능성 평가를 진행했다. 그 결과 장기간(20주) 삽입을 통한 고품질의 신경 및 근육 기록 획득에 성공했다. 또 최대 29주까지 장기간 삽입해 활용할 수 있다는 것도 검증했다. 더 나아가 토끼의 실시간 신경신호와 근육 신호를 이용해 로봇 다리의 발바닥쪽굽힘 운동(plantar flexion)을 시뮬레이션해 정확도를 올리고, 더 정밀한 바이오닉 상하지 제어가 가능하다는 것도 확인했다.

 

이상훈 교수는 “개발한 하이브리드 생체 신경 인터페이스가 향후 말초신경을 통한 실제 팔다리에 가까운 바이오닉 사지 구현 가능성을 보여줄 것으로 기대한다”고 밝혔다. 해당 연구 결과는 재료과학 및 융합연구 분야의 국제학술지 '어드벤스드 사이언스'에 게재됐다.