(Patient wearing a prosthetic arm directly attached to the skeleton and neuromuscular system, which after surgical reconstruction of his residual limb, allows him to control individual fingers of a bionic hand. Credit: Chalmers University of Technology/Anna-Lena Lundqvist)
(Schematic illustration of the surgical procedure resulting in the creation of electro-neuromuscular constructs used to control the prosthesis. Electrodes and an osseointegrated interface provide the electrical and mechanical connection to the prosthesis, respectively. Credit: Zbinden et al, Science Translational Medicine (2023). DOI: 10.1126/scitranslmed.abq3665)
(Patient wearing a prosthetic limb in the lab at the Center of Bionics and Pain research. Credit: Chalmers University of technology/Anna-Lena Lundqvist)
사고로 손이나 팔이 절단된 환자에서 의수는 일상 생활을 돕는 중요한 도구입니다. 최근에는 로봇 의수가 등장해 실제 손과 팔에 가까운 기능을 되찾을 수 있으리라는 희망을 더하고 있습니다.
하지만 사실 로봇 의수는 팔꿈치보다 높은 위치에서 절단될 경우 손가락의 움직임을 복원하기가 매우 어렵다는 문제점이 있습니다. 일반적으로 로봇 의수의 센서는 근육과 신경의 전기적 신호와 수축을 이용해서 조절하는 데, 이 위치에는 조절이 가능한 근육의 숫자가 별로 없기 때문입니다.
스웨덴 칼머스 공대의 막스 오티즈 카탈란 교수 (Professor Max Ortiz Catalan, Founding Director of the Center for Bionics and Pain Research (CBPR) in Sweden, Head of Neural Prosthetics Research at the Bionics Institute in Australia, and Professor of Bionics at Chalmers University of Technology in Sweden)가 이끄는 연구팀은 30년에 걸친 바이오닉 의수 연구 기술을 집약해 이 한계를 극복했습니다.
연구팀은 신경 말단을 절개해 여려 개의 말단을 근육에 위치시켜 신호를 증폭시키고 여러 신경 다발에서 오는 신호를 인공지능 알고리즘으로 분석해 손가락을 움직이게 만들었습니다. 이렇게 만든 로봇 의수는 물론 실제 손처럼 빠르고 정확한 움직임을 보이지는 않지만, 매우 다양한 조작이 가능해 다양한 사물을 들거나 집을 수 있습니다.
영상을 보면 공각기동대에서 보던 의체의 개발이 멀지 않은 것처럼 보일 정도입니다. 앞으로 30년 후의 발전도 기대됩니다.
(동영상1)
(동영상2)
(동영상3)
참고
Jan Zbinden et al, Improved control of a prosthetic limb by surgically creating electro-neuromuscular constructs with implanted electrodes, Science Translational Medicine (2023). DOI: 10.1126/scitranslmed.abq3665
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