“케이크 먹어볼까” 생각하자 로봇팔이 움직였다

[사이언스카페] 33년 사지마비 미국인 남성 , 로봇팔로 케이크 먹는 데 성공

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미국인 남성 로버트 흐미엘레프스키(49)씨는 16세 때 사고를 당해 어깨 아래가 마비됐다. 손과 손가락 일부만 조금 움직일 수 있을 뿐이었다. 팔다리가 마비된 지 33년이 흐른 지난해 말, 흐미엘레프스키씨는 다시 포크와 나이프로 식사를 하는 데 성공했다. 마비된 두 팔은 두 대의 로봇팔이 대신했다.

미국 존스홉킨스대 응용물리연구소(APL)는 지난달 28일(현지 시각) “사지마비 상태인 흐미엘레프스키씨가 생각만으로 두 대의 로봇팔을 조종해 케이크를 잘라 입으로 가져와 먹는 데 성공했다”고 밝혔다.

이전에도 사지마비 환자가 생각만으로 로봇팔을 조종해 음료를 입으로 가져온 적은 있지만, 로봇팔 두 대를 동시에 조종해 정상인처럼 식사한 것은 이번이 처음이다. 흐미엘레프스키씨는 로봇팔 시연에서 한 번도 실수하지 않았다. 그는 “정말 멋진 일”이라며 “더 많은 일을 하길 원한다”고 말했다.

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◇뇌 양쪽에 전극 이식, 좌우 동작 통제

존스홉킨스대 연구진은 2019년 흐미엘레프스키씨의 뇌 양쪽에 모두 6개의 전극을 이식하는 수술을 10시간에 걸쳐 진행했다. 로봇팔 두 대를 양손처럼 쓰려면 뇌 양쪽에서 나오는 신호를 전달해야 하기 때문이다. 좌뇌는 몸의 오른쪽, 우뇌는 왼쪽의 움직임을 통제한다. 연구진은 또 환자의 두 팔에도 전극 3개를 연결하고 로봇팔의 동작에 따라 다른 전기자극을 줬다.

생각으로 두 로봇팔을 작동하는 과정은 이렇다. 환자의 뇌에서 팔을 움직이라는 신호가 나오면 컴퓨터의 인공지능(AI)이 이를 해독해 로봇팔을 움직일 전기신호로 바꾼다. 컴퓨터에서 나온 신호대로 로봇팔이 움직이면 그 감각이 다시 전극을 통해 환자의 팔로 전달된다. 이제 환자는 로봇팔을 자신의 팔처럼 느끼면서 움직일 수 있다.

응용물리연구소의 데이비드 핸델만 박사는 “궁극적 목표는 전신마비 환자가 식사와 같은 일을 더 쉽게 할 수 있도록 하는 것”이라며 “로봇은 그 중 일부를 담당하고 어떤 걸 먹을지, 어느 정도 크기로 자를지 같은 세부적인 사항은 환자가 결정한다”고 밝혔다.

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◇뇌파로 로봇팔 양쪽 동시 조종은 처음

지난 2012년 미국 브라운대와 하버드대 공동 연구진은 국제 학술지 네이처에 전시마비 상태인 50대 여성이 뇌파로 로봇팔을 구동해 계피가 들어 있는 라떼를 마시는 데 성공했다고 밝혔다. 이후 생각만으로 마비 환자가 입는 로봇다리를 조종하는 데에도 성공했다. 하지만 뇌파로 로봇팔 두 대를 동시에 조종한 것은 이번이 처음이다.

로봇팔 개발자인 프란세스코 테너 박사는 “다음 목표는 인간과 기계의 협동 작업으로 하는 일을 더 늘리는 동시에 감각 자극을 더 제공해 눈으로 보지 않고도 로봇팔을 자유롭게 조종하는 것”이라며 “일반적으로 사람들이 눈으로 보지 않고도 신발끈을 묶을 수 있는 것과 같다”고 밝혔다.

흐미엘레프스키씨는 존스홉킨스대 연구진과의 사전 인터뷰에서 “사람들은 혼자 식사를 할 수 있는 것을 당연하게 여기지만 장애는 그런 능력을 앗아간다”며 “혼자 힘으로 가족과 함께 식사를 할 수 있다는 것은 정말 게임 체인저(game-changer, 판도를 바꿀 일)”라고 밝혔다.

[이영완 과학전문기자]