생각대로 움직이고 느끼는 로봇 의수 실용화, 첨단 광학 영상 기술로 앞당긴다
생각대로 움직이고 느끼는 로봇 의수 실용화, 첨단 광학 영상 기술로 앞당긴다
  • 이웃집과학자
  • 승인 2021.12.29 00:27
  • 조회수 1987
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손이나 팔이 절단된 환자가 생각하는 대로 움직이고, 로봇 손이 느끼는 촉감각을 다시 환자에게 전달할 수 있는 말초신경 인터페이스 기반 로봇 의수가 개발되고 있습니다. 그러나 이런 로봇 의수를 구현하기 위해서는 절단 환자의 말초신경에 신경 전극을 수술적 방법으로 이식하는데, 전극의 이식 상태에 따라 로봇 의수 시스템의 기능성 및 장기 사용성이 크게 달라지는 문제가 있습니다. 기능이 저하되는 원인을 파악하기 위해서는 말초신경 대상 조직검사를 실시해야 하나 이 방법은 시간이 오래 걸리는 단점 때문에 즉각적으로 원인을 파악하고 대응하기 어려웠습니다.

 

한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 지능로봇연구단 황동현 박사 연구팀이 조직 검출 없이 말초신경 내에 삽입된 신경 전극의 이식 상태를 즉각적으로 파악할 수 있는 3차원 영상장비를 개발했다고 밝혔는데요. 연구팀은 광간섭 단층 촬영 기술을 적용하여 5μm(마이크로미터) 이하의 고해상도로 10μm 이하인 말초신경 내부의 신경섬유, 혈관과 등 미세조직 구조와 신경 내에 삽입된 전극의 이식 상태를 3차원 고해상도 이미지로 보여줄 수 있는 영상장비를 개발했습니다. 

초점 심도 향상 장치 구조도. 초점 심도 향상 장치. 2개의 서로 다른 광섬유로 구성된다. 2개의 광섬유는 빛이 지나갈 수 있는 길인 코어의 크기가 달라서 광섬유 내에서 2개의 출력 광으로 분리된다. 2개의 출력광은 영상 장치를 통과한 후에 2개의 초점을 만들며 이는 전체 초점심도를 늘리는 효과를 만든다. 출처 : KIST
초점 심도 향상 장치 구조도. 초점 심도 향상 장치. 2개의 서로 다른 광섬유로 구성된다. 2개의 광섬유는 빛이 지나갈 수 있는 길인 코어의 크기가 달라서 광섬유 내에서 2개의 출력 광으로 분리된다. 2개의 출력광은 영상 장치를 통과한 후에 2개의 초점을 만들며 이는 전체 초점심도를 늘리는 효과를 만든다. 출처 : KIST

기존에는 20~30μm의 해상도를 가져 말초신경 내부 미세구조를 보기 어려웠고, 이보다 고해상도로 개발할 경우 초점심도가 얕아져 마찬가지로 말초신경 심부의 미세 구조를 관찰하지 못하는 문제가 있었습니다. 그러나 연구팀은 서로 다른 2개의 광섬유를 접합하는 방법을 이용하여 초점심도를 기존 대비 5.1배까지 향상하는 기술을 구현했는데요. 2개의 광섬유에 의해 2개로 분리된 출력광이 영상 장치를 통과하면서 2개의 초점을 만들어 전체 초점심도를 늘리는 효과를 만들었습니다. 연구팀은 살아있는 쥐의 말초신경에 신경전극을 모방한 미세 금속선을 이식하고, 개발한 영상장비를 사용하여 이를 3차원 이미지로 관찰하는 실험에 성공했습니다.

 

KIST 황동현 박사는 “본 연구는 말초신경에 이식하여 수행하는 로봇 의수, 신경과학 분야 등 다양한 연구에도 활용할 수 있어, 말초신경 인터페이스 연구 방법을 획기적으로 바꿀 수 있을 것”이라며 “추가연구로 사람의 말초신경까지 적용한다면 생각대로 움직이고 느끼는 로봇 의수의 실용화를 한층 앞당기는데 기여할 것으로 기대된다”고 밝혔습니다.

 

연구 결과는 국제학술지 Advanced Science (IF 16.806, JCR 분야 상위 5.24%) 온라인판에 게재되었고, 표지논문(inside back cover)으로 출판 예정입니다.

논문명 : In Vivo Cellular-level 3D Imaging of Peripheral Nerves Using a Dual-Focusing Technique for Intra-Neural Interface Implantation


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