GIST, 뇌성마비 보행 재활 기술 개발…"소리로 스스로 교정"

GIST-美 공동연구, 암묵·명시 학습 결합 전략 제시

소리 피드백 기반 보행훈련도. (그래픽=GIST 제공) [email protected]

[광주=뉴시스]이창우 기자 = 광주과학기술원(GIST)은 인공지능(AI)융합학과 강지연 교수가 이끈 한·미 공동연구팀이 성인 뇌성마비 환자의 보행 능력을 개선할 수 있는 로봇 재활 기술을 개발했다고 5일 밝혔다.

이번 연구는 보행 중 적절한 저항을 가하는 로봇 훈련과, 자신의 걸음걸이를 소리로 인지하도록 돕는 '청각 바이오피드백'을 결합한 것이 핵심이다.

뇌성마비는 출생 전후 뇌 손상으로 근육 조절에 어려움이 생기는 신경질환이다. 병 자체가 진행성은 아니지만 비정상적인 보행 패턴이 평생 지속되는 경우가 많다.

그동안 로봇 보행 재활 연구는 주로 소아·청소년을 중심으로 이뤄졌고, 성인 환자를 대상으로 한 체계적 임상 연구는 제한적이었다.

특히 러닝머신 훈련 효과가 실제 지면 보행으로 충분히 이어지지 않는 점도 한계로 지적돼 왔다.

연구팀은 이를 보완하기 위해 두 가지 접근을 순차적으로 결합했다. 먼저 케이블 구동 로봇 장치를 활용해 보행 중 골반에 체중의 약 10%에 해당하는 하중을 추가로 가해 다리 근육 사용을 유도했다.

이어 스마트 인솔(깔창)을 통해 발뒤꿈치 착지와 발끝 밀어내기 시점에 맞춰 실시간 소리를 제공, 환자가 자신의 보행 패턴을 인지하고 스스로 조절하도록 했다.

연구팀은 저항을 통한 '암묵적 운동학습'과 소리를 통한 '명시적 피드백'을 결합함으로써 훈련 효과가 실제 지면 보행으로 자연스럽게 전이되도록 설계한 것이 차별점이라고 설명했다.

성인 뇌성마비 환자 5명을 대상으로 한 실험 결과, 발을 들어 올리는 전경골근 활성 증가, 종아리 근육 조절 능력 향상, 보폭 증가, 발끝 여유 높이 확보, 이중지지 시간 감소 등 주요 보행 지표에서 의미 있는 개선이 확인됐다.

(왼쪽부터) 강지연 교수, Souvik Poddar 박사과정생, 박재형 학부연구생, Jeanne Langan 교수, Lora Cavuoto 교수, Eleonora M. Botta 교수. (사진=GIST 제공) [email protected]

발뒤꿈치에서 발끝으로 이어지는 자연스러운 보행 패턴도 뚜렷해졌으며, 일부 효과는 러닝머신 훈련 이후 실제 지면 보행에서도 유지되는 경향을 보였다.

한 참가자는 "내가 어떻게 걷는지 처음으로 인지하게 됐다"고 응답해, 청각 신호 기반 자기 인지 훈련의 가능성을 보여줬다.

강지연 교수는 "성인 뇌성마비 환자를 위한 재활 기술은 여전히 부족한 상황으로, 장기적인 기능 회복을 목표로 한 연구가 더욱 필요하다"며 "이번 연구는 성인 대상 로봇 보행 재활의 임상 적용 범위를 넓힐 수 있는 출발점으로, 향후 대규모 임상 연구와 실제 치료 기술 개발로 이어질 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구는 GIST와 University at Buffalo 공동으로 수행됐다. 미국 국립과학재단(NSF) 장애·재활공학 프로그램과 과학기술정보통신부·한국연구재단 바이오의료기술개발사업의 지원을 받았다.

연구 성과는 신경재활공학 분야 국제학술지 IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering 34권(2026년)에 게재됐으며, 지난해 12월23일 온라인에 먼저 공개됐다.


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