美 존스홉킨스대 연구팀, 사람 처럼 물체 잡는 바이오닉 핸드 개발

 

▲ 바이오닉 핸드를 장착한 로봇팔을 이용해 사람과 악수하고 있다.(사진=존스홉킨스대)

 

美 존스홉킨스대 연구팀이 봉제 인형, 물병, 스펀지, 골판지, 공 등 일상적인 물건을 사람처럼 잡을 수 있는 생체 모방형 '바이오닉 핸드'를 개발했다고 5일(현지 시각) 밝혔다.

 

이 바이오닉 핸드는 손에 장애가 있는 사람들이 착용하고, 로봇 의수처럼 사용한다. 손에 들고 있는 물건이 손상되거나, 잘못 취급되지 않도록 물건의 형태와 재질에 맞게 세심하게 그립을 맞추고 조정할 수 있다.

 

연구팀은 이번 연구 성과를 학술 전문지인 ‘사이언스 어드밴시스’에 발표했다.(논문 제목:A natural biomimetic prosthetic hand with neuromorphic tactile sensing for precise and compliant grasping)

 

이번 연구를 주도한 스리라마나 산카르(Sirramana Sankar) 바이오메디컬 엔지니어는 “우리의 목표는 물리적ㆍ감각적 능력을 갖고 있는 사람의 손을 모델링한 자연스러운 의수를 만드는 것이었다. 우리는 팔과 손을 잃은 사람들이 안전하고 자유롭게 환경과 상호 작용하고, 사랑하는 사람을 다치게 할 염려없이 안아줄 수 있는 능력을 제공하고 싶었다”고 말했다.

 

▲ 사람 손가락과 바이오닉 핸드의 구조(사진=존스홉킨스대)

 

이 바이오닉 핸드는 2018년 세계 최초로 인간과 같은 통증 감각을 가진 '전자 피부'를 개발한 ‘신경공학 및 생의학 계측연구소(Neuroengineering and Biomedical Instrumentations Lab)’ 과학자들에 의해 개발됐다.

 

이 장치는 고무 같은 성질을 갖고 있는 폴리머 재질의 '멀티핑거' 시스템과 3D 프린팅 기술로 제작한 딱딱한 내부 '골격'으로 이뤄져 있다. 3개의 층으로 이뤄진 촉각센서는 단순히 촉각을 제공하는 것이 아니라 다양한 형태와 질감을 갖고 있는 물체를 구별해서 잡을 수 있도록 해준다.

 

착용자는 부드러운 공기로 가득 찬 바이오닉 손가락의 관절들을 팔뚝 근육을 이용해 제어할 수 있다. 머신러닝 알고리즘은 인공적인 촉각 수용체의 신호에 집중해 현실적인 촉각 감각을 만들어낸다.

 

스리라마나 산카르 엔지니어는 "손가락의 감각 정보를 신경 언어로 변환하고, 전기신경자극을 통해 자연스러운 감각 피드백을 제공한다“고 말했다. 또한 "인간의 손은 완전히 단단하거나 순수하게 부드러운 것이 아니라 뼈, 부드러운 관절, 조직이 함께 작동하는 하이브리드 시스템이다. 이것이 바로 우리가 바라는 것이다”라고 말했다. 인간의 손을 모방하기 위해 경성의 로봇공학과 소프트 로봇의 강점을 결합했다는 설명이다.

 

니티쉬 타코르(Nitish Thakor) 존스홉킨스대 교수는 절단 수술을 받은 사람들이 물체를 잡는 동안 물체를 느끼는 능력을 회복할 수 있도록 돕기 위해 이 장치는 세 가지 핵심 구성 요소를 갖추고 있다고 설명했다. ▲ 환경을 감지하는 센서 ▲ 센서 데이터를 신경과 같은 신호로 변환하는 시스템 ▲신경을 자극하여 감각을 느낄 수 있도록 하는 방법이 필요하다는 것이다.

 

▲ 바이오닉 핸드를 착용하고 봉제 인형을 잡고 있다.

▲ 연구팀이 다양한 물체를 잡는 테스트를 하고 있다.

 

연구팀이 실험한 결과, 바이오닉 핸드는 섬세한 봉제 장난감, 접시닦이용 스펀지, 골판지 상자, 파인애플, 금속 물병 등 15가지의 일상적인 물건들을 식별하고 조작하는 데 성공했다.

 

생체에서 영감을 받은 이 기술은 대부분의 손 보철물처럼 팔뚝의 근육 신호를 사용해 작동할 수 있도록 해준다. 이러한 신호는 뇌와 신경을 연결해 손의 촉각에 따라 구부리거나, 풀거나, 반응할 수 있게 해준다.

 

 

 

장길수 ksjang@irobotnews.com

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