'지능형 신경보철 시스템' 개발…"손상에도 스스로 회복"

성균관대 손동희 교수, 서울대 김대형 교수 공동연구팀

신축성·자가치유 전극 기반의 폐루프 신경보철시스템 구현

AI 신호처리와 결합…말초신경 자극 및 로봇 제어까지 성공

(왼쪽부터)성균관대 손동희 교수, 서울대 김대형 교수, 성균관대 강규민 김예원 박사과정생 및 세종대 구자훈 교수. (사진=성균관대 제공) *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]전수현 인턴 기자 = 성균관대는 전자전기컴퓨터공학과 손동희 교수 연구팀이 서울대 화학생물공학부 김대형 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 손상이나 반복 피로에도 스스로 성능을 회복할 수 있는 '지능형 폐루프 신경보철 시스템(C-PROSTHESIS)'을 개발했다고 4일 밝혔다.

폐루프 신경보철 시스템이란 인공 감각·운동 신호를 실시간으로 주고받으며 외부 자극에 맞춰 자동으로 동작을 조정하는 신경보철 시스템이다. 해당 시스템은 이는 신경 손상 환자의 감각 및 운동 기능 회복에 필수적이다.

이번에 개발된 시스템은 신축성과 자가 치유 기능을 갖춘 신경전극, 머신러닝(ML) 기반 실시간 신호처리 기술, 성능 자가 회복 메커니즘을 통합한 폐루프(closed-loop) 플랫폼이다.

기존 신경보철 시스템은 착용이나 이식 과정에서 반복되는 기계적 손상과 피로로 인해 전기적 성능이 저하되는 문제가 있었다. 특히 체내 이식형 시스템에서는 장기간 안정적인 작동을 위한 자가 치유 기술과 머신러닝 기반 피드백 기술의 결합이 미흡했다.

외부 손상과 장기간 사용에도 사용가능한 성능 자가회복형 폐루프 신경보철 시스템 개요. (사진=성균관대 제공) *재판매 및 DB 금지

연구팀이 개발한 자가 치유 신축성 전극(SSB 전극)은 외부 손상이나 반복적 피로 상황에서도 전기 신호의 경로를 스스로 재구성해 빠르게 성능을 복구할 수 있다. 또한 머신러닝 기반 알고리즘은 누적 손상에도 즉각적으로 신호 오류를 감지하고 교정할 수 있다.

실증을 위해 연구팀은 로봇 팔에 인공 촉각 센서를 부착하고, 말초신경 전극을 설치류 모델에 이식해 감각-운동 피드백 실험을 진행했다.

그 결과 4주간 이식 상태에서도 안정적인 동작을 유지했다. 더해 극단적인 전극 절단·변형 상황에서도 로봇 제어와 생체 신호 전달이 정상적으로 이뤄졌다.

손 교수는 "이번 연구는 체내·외 환경 모두에서 견딜 수 있는 신경보철 시스템의 실질적 해법을 제시한 것으로 향후 정밀한 환자 맞춤형 기능 회복 기술로 확장할 수 있을 것"이라고 설명했다.


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