장애인이 생각만으로 외골격을 조종할 수 있는 ‘스텐트로드(stentrode)’ 기술
장애인이 생각만으로 외골격을 조종할 수 있는 ‘스텐트로드(stentrode)’ 기술
  • 남성남
  • 승인 2019.05.02 14:34
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장애인이 생각만으로 외골격을 조종할 수 있는 ‘스텐트로드(stentrode)’ 기술

캘리포니아대학교 버클리캠퍼스는 더 가볍고 저렴한 피닉스 외골격을 발표했다.

멜버른대학교 혈관 생체공학연구소는 기성품인 자가팽창형 스텐트를 이용하여 전극을 심을 수 있는 새로운 스텐트인 ‘스텐트로드’를 개발했다.

미국방위고등연구계획국(DARPA)의 후원을 받은 연구팀은 최소한의 외과적인 방법으로 뇌에 이식할 수 있는 새로운 뇌-기계 인터페이스를 만들었으며 혈관을 통해 기록 장치를 뇌에 이식할 수 있다.

이 방법을 통하면 외과 수술의 필요성이 감소되며 물리적 장애와 신경질환을 앓고 있는 환자를 치료할 때 혈액-뇌장벽 손상과 관련한 위험을 최소화시킬 수 있다.

멜버른대학 연구팀은 논문을 통해 개두 수술 없이 양의 뇌에 소형장치를 삽입하는 데 성공했다고 발표했다.

이 연구에선 혈관이나 기관 등 관 내장 기관을 넓히는 데 사용하는 의료기기인 스텐트(Stent)를 양의 운동 피질에 삽입하는 데 성공한 것이다.

스텐트에는 기존 제품과 달리 작은 전극이 붙어 있다.

스텐트로드는 카테터(catheter)를 이용해 목 혈관에 삽입하며 뇌의 해당 위치로 이동시키기 위해 다른 BMI(brain-machine interface)처럼 두개골을 열 필요가 없다.

이렇게 하면 컴퓨터 칩이나 스텐트로드 삽입이 쉬워질 뿐 아니라 뇌 조직의 염증 반응도 막을 수 있다는 설명이다

DARPA의 RE-NET(신뢰할 수 있는 신경인터페이스 기술) 프로그램 산하의 멜버른 의과대학 연구팀이 개발한 이러한 신기술로 인해 척수 손상을 입은 환자들이 다시 걸을 수 있는 새로운 희망을 가지게 되었다.

뇌-기계 인터페이스는 혈관 안에 이식되어 뇌로 이동되는 스텐트 기반의 전극(스텐트로드)과 사전임상실험에서 보여준 것처럼 외골격을 통한 팔의 움직임 또는 생체공학적 팔을 통제하기 위한 신경활동 유형의 기록 장치로 이루어져 있다.

새로운 기기는 작은 종이클립 크기이며 최초의 인체실험은 2017년 로열 멜버른 병원에서 실시될 예정이다. 연구 결과는 2월 8일 네이처 바이오테크놀로지에 발표되며 이 기기가 개두 수술 없이도 뇌의 운동피질에서 나오는 고품질의 신호를 기록할 수 있다는 것을 보여주었다.

이 연구논문의 수석저자이며 로열 멜버른 병원의 신경학자이며 멜버른 대학교 플로리 신경과학연구소의 토머스 옥슬리 교수는 이렇게 말했다.

‘우리는 세계에서 유일하게 최소한의 외과적 수술을 필요로 하는 기기를 만들었다. 이 기기는 위험한 개두 수술 없이 혈관을 통해 하룻만에 뇌 속으로 이식된다.’

50명 중 1인이 뇌졸중이나 척수 손상으로 장애인이 된다. 호주에서는 2만 명의 척수 장애인이 있으며 약 15만 명의 호주인들이 뇌졸중을 겪은 후 심각한 장애를 입게 된다.

멜버른 대학교 / 스텐트로드

전극을 가진 이식용 스텐트

연구 논문의 공동연구자이며 멜버른대학교의 생체의학자인 니콜라스 오피는 이 기기의 개념이 정맥 안에 삽입되어 뇌 속으로 이동되지만 센서를 이용하여 생체조직과 전기적 상호작용을 한다는 점에서 이식용 심장박동조율기와 비슷하다고 말했다.

 

8*750마이크로미터 전극 디스크(노란색 화살표)를 가진 스텐트로드, 카테터(녹색 화살표)를 이용해 삽입, 축척 3 mm
8*750마이크로미터 전극 디스크(노란색 화살표)를 가진 스텐트로드, 카테터(녹색 화살표)를 이용해 삽입, 축척 3 mm

오피 교수는 이렇게 말했다. ‘전극은 정맥벽 안에서 스스로 팽창하여 연구자들이 해당 영역의 뇌 활동을 기록할 수 있도록 한다.

기록된 신경신호를 추출하여 휠체어, 외골격, 보철 팔, 컴퓨터를 움직이는데 이용할 수 있다. 2년 안에 시행될 최초의 인체실험에서는 장애를 가지고 있는 세 사람이 뇌를 통해 직접 외골격을 움직일 수 있게 되기를 희망하고 있다.

현재는 조이스틱을 이용해 다양한 동작들인 걷기, 일어서기, 시작, 멈춤, 회전 등의 스위치를 수동으로 조작하여 외골격을 통제하고 있다.

스텐트로드는 사고를 통해 이러한 기기들을 통제할 수 있는 최초의 기기가 될 것이다.’

버른 대학교 / 스텐트로드 : 생각의 힘으로 움직인다.

사고를 통한 통제

플로리 신경과학연구소의 신경 생리학자인 클라이브 메이 교수는 사전임상실험을 통한 자료에서 이 기기를 장기적으로 사용해도 안전하다는 점을 강조했다.

‘우리 연구는 혈관 조영법을 통한 기기 이식이 안전하고 효율적이라는 것을 잘 보여주고 있다.

이와 같은 최소한의 외과수술적 방식은 개두 수술이 가진 높은 위험성과 잘 비교할 수 있다.

신경세포와 직접적인 접촉을 줄이는 것이 뇌의 트라우마와 감염을 줄일 수 있는 방법이다.’

이 연구는 DARPA 외에도, 호주 국립 보건의료연구위원회, 미국 국제해군연구소, 호주 국방성 보건재단, 브레인 파운데이션, 로열 멜버른병원 신경학재단의 후원을 받고 있다.

장애인의 걸음을 도와주는 보다 가볍고 날렵한 외골격

 

BMX 자전거 사고로 장애인이 된 스티븐 산체스가 수트X의 보다 가볍고 날렵한 피닉스 외골격을 착용하고 있다.

한편 캘리포니아대학교 버클리캠퍼스 로보틱스, 휴먼 엔지니어링 연구소의 파생회사인 수트X에서는 지난주에 스텐트로드와 관련된 연구(역시 DARPA의 지원으로 시작된) 결과인 피닉스를 발표했다. 피닉스는 더 가볍고 날렵하며 더 저렴한 수동 조작 외골격이다.

피닉스는 무게가 가볍고 엉덩이 쪽에 두 개의 모터가 달려 있다. 전기 신호로 장력을 조절하여 착용한 사람이 걸을 때 일어서거나 움직임을 도와준다.

사용자는 각각의 다리의 움직임을 통제하며 시간당 1.1마일을 걸을 수 있다. 피닉스는 등에 짊어진 배터리팩으로 8시간까지 동력을 공급받을 수 있다.

수트X에 의하면 미국 버클리대 연구팀이 ‘BLEEX’(Berkeley Lower Extremity Exoskeleton)라는 이름으로 개발한 피닉스는 가장 가볍고 가장 사용하기 쉬운 외골격이다.

피닉스는 다양한 체중과 키, 다리 길이에 맞출 수 있으며 다양한 범위의 이동성 장애에 사용될 수 있다. 가격은 40,000달리이며 이는 이동성을 도와주는 다른 외골격 제품의 절반 정도의 가격이다.


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