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미국 연구팀이 절단 장애인을 위한 고성능 로봇 의족을 개발했다.자연스러운 움직임을 구사해 비장애인이 걷는 속도에서도 차이가 없을 뿐만 아니라,2024년1월17일 버밍엄 시티 FC 헐 시티 AFC하이킹이나 춤까지 출 수 있어 기대감을 높이고 있다.
휴 허 미국 메사추세스공대(MIT) 생체공학센터 소장 연구팀은 신경계와 직접 연결해 작동하는 의족을 개발하고 연구 결과를 1일(현지 시각) 국제학술지 '네이처 메디신'(Nature Medicine)에 게재했다.
기존에도 신경을 연결한 로봇 의족은 있었지만,2024년1월17일 버밍엄 시티 FC 헐 시티 AFC신호를 온전히 전달하기 못해 실제 다리처럼 작동하지는 않았다.미리 정의된 보행 알고리즘이 적용된 대로 움직였기 때문이다.
연구팀은 이 문제가 사지를 움직이기 위해 교대로 이완과 수축을 반복하는 근육쌍의 제어 때문이라고 봤다.무릎 아래를 절단하는 경우 한 쌍의 근육이 상호 작용을 중단하기 때문에 신경계가 근육의 위치와 수축 속도를 감지할 수가 없고,2024년1월17일 버밍엄 시티 FC 헐 시티 AFC뇌가 사지를 어떻게 움직일지 결정을 내리게 할 중요한 감각 정보가 누락된다는 것이다.
연구팀은 이 같은 문제를 '작용근-길항근 근신경 인터페이스'(agonist-antagonist myoneural interface; 이하 AMI) 통해 해결했다.자연적인 작용근(주동근)-길항근(대항근)의 상호 작용을 끊어진 자리를 컨트롤러와 센서가 대신해 두 근육이 다시 통신할 수 있도록 한다는 것이다.
로봇 의족을 완벽하게 제어하기 위해서는 AMI를 이식해야 한다.발을 구부리고 기울이는 등 움직임에 사용되는 두쌍의 근육 연결을 위한 것이다.절단 수술 중에도 이식 수술을 진행할 수 있고,이후에도 수술로 연결할 수 있다.
운동 테스트에서 AMI는 차이를 보였다.연구팀은 7명의 절단 장애인에게는 AMI 수술과 새로 개발한 로봇 의족을 제공하고,2024년1월17일 버밍엄 시티 FC 헐 시티 AFC다른 7명의 절단 장애인에게는 기존 로봇 의족을 착용하게 했다.실험자들에게 평지나 경사로를 걷고,장애물을 피하도록 지시했다.
그 결과 AMI 인터페이스를 가진 그룹은 기존 로봇의족 착용한 그룹보다 41% 더 빨리 걸었다.절단 장애가 없는 비장애인이 걷는 것과 비슷한 속도다.
지형 차이에 따른 대처 역시 달랐다.AMI 인터페이스를 이식한 그룹은 계단을 오르거나 장애물을 넘을 때 발을 꺾는 것처럼 자연스럽게 의족의 끝단을 움직였다.
허 교수는 “로봇 제어 알고리즘이 아니라 인간의 신경계가 움직임을 제어하는 자연스러운 보행을 만들어내는 이정도 수준의 뇌 제어는 이전까지 없었다”면서 “이를 통해 평평한 표면을 걸을 수 있을 뿐만 아니라,움직임을 완벽하게 제어할 수 있기 때문에 하이킹을 하거나 춤을 출 수도 있을 것”이라고 설명했다.
연구에 참여하지 않은 더블린 대학교의 보철학 전문가 시그리드 듀판 박사는 “이 연구는 보행 속도에 대한 인상적인 결과를 보여주지만,2024년1월17일 버밍엄 시티 FC 헐 시티 AFC지형 차이에 따른 대처가 실제 사용자들의 삶에 더 큰 영향을 미칠 것”이라고 말했다.
연구팀은 5년 안에 상용화하는 것을 목표로 하고 있다.허 교수는 “전 세계 많은 환자의 임상 치료에 큰 변화를 가져올 것”이라며 “우리는 이 기술을 필요로 하는 환자에게 제공하기 위해 최선을 다하고 있다”고 강조했다.
한편,2024년1월17일 버밍엄 시티 FC 헐 시티 AFC이번 연구를 이끈 허 교수 역시 절단 장애를 가지고 있다.그는 1982년 암벽 등반 중 눈보라에 갇혀 심한 동상을 입고 두 다리를 모두 잃었다.그는 생체공학적 다리를 사용할 수 있기를 기대한다면서 “앞으로 몇 년 안에 양쪽 다리에 이식할 것”이라고 전했다.
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