디지스트 이상훈 교수 연구팀 개가
무감각성 표면 근전도 센서 개발 성공
기존 센서보다 내구성·안정성 뛰어나
로봇및기계전자공학과 이상훈(왼쪽) 교수, 박재우 석박사통합과정생.
불의의 사고나 당뇨 등 질병으로 팔ᆞ다리 일부를 절단해야 하는 경우가 있다. 보통 의수ᆞ의족을 착용하는데, 최근에는 움직임을 도와주는 로봇 의족ᆞ의수에 대한 연구개발도 활발하다. 원활한 작동을 위해선 기계적 완성도 못지 않게 남은 근육의 움직임을 파악, 환자의 의도에 맞게 그 신호를 원활하게 전달하는 게 중요하다. 하지만 이 같은 센서기술 개발은 내구성과 안정성 등의 문제로 연구자들을 괴롭히고 있다.
대구경북과학기술원(DGIST, 디지스트) 이상훈(로봇및기계전자공학과) 교수팀은 이 같은 문제를 해결한 무감각성(imperceptive) 표면 근전도 센서(Surface Electromyography Sensor)를 개발하는 데 성공했다고 8일 밝혔다.
연구팀이 개발한 센서는 하지 절단환자의 의도에 맞게 로봇 의족을 제어할 수 있는 중요 장치로, 로봇의족 개발에 희소식이 되고 있다.
기존 센서는 연결부위를 덮는 실리콘 라이너 안에 있을 수밖에 없어 습한 내부 환경과 강한 압력으로 쉽게 손상되는 단점이 있다.
이 교수팀은 미세 전자 제어 기술(Microelectro Mechanical System)을 통해 형성되는 생체인터페이스인 ‘무감각성 표면 근전도 센서’를 개발했다. 뱀처럼 구불구불한 구조의 서펜타인 구조를 적용해 신축성과 유연성, 통기성과 접착성이 뛰어나다. 다양한 절단환자의 환부에 적용하여 장기간 반복적으로 사용할 수 있다.
연구팀은 무감각성 표면 근전도센서를 부착한 후 근육 신호 기록을 통한 소자의 기능성 평가를 진행한 결과 평지나 경사면, 계단 등 다양한 환경에서 안정적으로 작동하는 사실을 확인했다. 절단 환자의 발바닥쪽굽힘 운동(plantar flexion)과 발등굽힘 운동(dorsiflexion)에서 발생한 근육 신호를 분석 결과 기존 상업용 표면 근전도 센서보다 뛰어남을 확인했다.
이상훈 교수는 “신체 신호를 활용한 로봇 의족 및 로봇 의수의 정밀 제어 외에도 다양한 웨어러블 응용 기술에도 활용될 수 있을 것”이라며 “앞으로 인체의 사지와 같은 감각과 운동 기능이 구현 가능한 바이오닉 사지(Bionic limbs)를 개발하여 절단 환자들도 모든 일상생활을 누릴 수 있게 만들고 싶다”고 밝혔다.
이번 연구는 범부처전주기의료기기개발사업단의 ‘양측 하지 절단환자 적용 가능한 스마트 전자제어식 하지의지 제품 및 핵심부품 국산화 개발’ 과제의 지원을 통해 서울아산병원 성형외과팀, 휴고다이나믹스, DGIST가 공동 연구를 수행했다. 연구결과는 10월 25일 재료과학 및 융합연구 분야의 우수 학술지인 ‘npj 플렉스블 일렉트로닉스’에 실렸다.
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