美 조지아텍, 모낭 사이 피부에 삽입하는 초소형 뇌 센서 개발

 

▲ 미세 구조 뇌센서(사진=조지아텍)

 

美 조지아텍 연구팀이 모낭 사이의 피부에 삽입할 수 있는 초소형 '뇌 센서'를 개발했다고 밝혔다. 이 센서는 고충실도 신호를 제공하며, 일상 생활에서 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI·brain-computer interfaces)를 지속적으로 사용할 수 있게 해준다.

 

BCI는 뇌의 전기 활동과 외부 장치(뇌파 검사 장치, 컴퓨터, 로봇 팔다리, 뇌 모니터링 장치) 간에 직접적인 통신 경로를 생성한다. 최적의 임피던스와 데이터 품질을 보장하기위해 두피 표면에 전극을 장착하고, 전도성 전극 젤을 사용하는데, 비침습적으로 뇌신호를 획득하는 일반적인 방법이다.

 

연구팀은 뇌 임플란트와 같은 침습적인 신호 획득 방법이 아니라, 쉽게 배치할수 있고 안정적으로 제조할 수 있는 뇌 센서 개발을 추진했다. 이에 따라 ‘마이크로니들(microneedle)’ 기술과 웨어러블 센서 기술을 결합해 장시간 안정적으로 뇌 신호를 감지할 수 있고, 통증없이 모낭 사이의 피부 공간에 쉽게 삽입할 수 있는 웨어러블 마이크로니들 BCI 무선 센서 기술을 개발했다.

 

이 새로운 무선 뇌 인터페이스는 피부에 삽입할 수 있고 크기가 매우 작다는 점에서 기존의 젤이나 건식 전극에 비해 다양한 이점을 제공한다.

 

연구팀에 따르면 지금까지 개발된 BCI 시스템은 부피가 큰 전자 장치와 딱딱한 센서로 구성되어 있어 사용자가 일상적인 활동을 하는 동안에는 인터페이스의 효용성이 떨어진다. 연구팀은 센서를 소형화하여 피부를 살짝 관통하고, 머리카락을 피할 수 있다면 신호의 근원에 더 가까이 다가가 신호 품질을 획기적으로 높이고 원치 않는 노이즈를 줄일 수 있다는 사실을 발견했다.

 

일상 활동 중에 쉽게 착용할 수 있는 신경 신호 획득용 마이크로 스케일 센서를 개발해 BCI 장치의 새로운 가능성을 열었다. 이 기술은 전도성 폴리머 마이크로니들을 사용하여 전기신호를 획득하고, 유연한 폴리이미드/구리(polyimide/copper) 와이어를 따라 신호를 전달한다. 이 모든 것이 1밀리미터 미만의 공간에 패키징되어 있다.

 

▲ 모낭 사이 피부에 센서를 삽입한 모습(사진=조지아텍)

 

연구팀이 6명의 피실험자를 대상으로 증강현실(AR) 영상 통화를 제어하기 위해 이 장치를 테스트한 결과, 매우 낮은 전기 저항으로 최대 12시간 동안 고충실도의 신경 신호를 지속적으로 획득하는 것으로 나타났다. 실험 참가자들은 초소형 뇌 센서가 시각적 자극을 감지하는 동안 핸즈프리로 전화 연락처를 조회하고 AR 영상 통화를 시작하고 수락할 수 있었다.

 

연구팀은 이 웨어러블 BCI 시스템이 실용적이고 지속적인 인터페이스 활동을 가능하게 함으로써, 잠재적으로 기계와 인간의 통합 기술을 일상적으로 사용할 수 있도록 해준다고 설명했다.

 

이번 연구 성과는 미국 국립과학원이 발행하는 학술지인 ‘PNAS’에 발표됐다.(논문 제목:Motion artifact–controlled micro–brain sensors between hair follicles for persistent augmented reality brain–computer interfaces)

 

장길수 ksjang@irobotnews.com

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