시드니공대 나노튜브 바이오센서 개발···‘뇌 제어 로봇’에 성큼

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▲나노전자 및 소재분야 전문가인 프란체스카 야코피 시드니공대 교수가 실험에 몰두하고 있다. (사진=시드니공대)

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호주 시드니공대(UTS)가 개발한 새로운 탄소 기반 바이오센서가 두뇌로 로봇을 제어하는 분야에서 새로운 혁신을 주도하게 될 것으로 보인다고 ‘테크익스플로어’가 보도했다.

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이 바이오센서는 프란체스카 야코피 시드니공대 공학 및 IT부 교수와 그녀의 팀이 개발했다. 이 센서는 뇌가 보내는 전기 신호를 감지하기 위해 얼굴과 머리 피부에 밀착되며, 이 신호들을 자율 로봇 시스템 제어용 명령으로 변환할 수 있다.

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이 센서는 매우 얇고 강한 여러층으로 된 탄소인 기상증착결정성장(에피택셜)제조 방식 그래핀으로 만들어지며, 실리콘 상 산화실리콘 기판에서 직접 성장된다. 그 결과 그래핀 기반 바이오센싱의 세 가지 주요 난제인 부식, 내구성, 피부 접촉 저항성을 극복하면서 확장성이 뛰어난 참신한 감지 기술이 탄생했다.

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야코피 교수는 “우리는 그래핀의 뛰어난 생체 적합성과 전도성을 바이오센서를 사용하기에 매우 탄력적이고 강력하게 만드는 최고의 실리콘 기술과 결합시킬 수 있었다”고 말했다. 그래핀은 바이오센서 개발에 자주 사용되는 나노물질이다.

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그러나 현재까지 이러한 바이오 센서 제품들 중 다수는 일회용으로만 개발돼 왔으며 피부의 땀과 다른 형태의 수분에 접촉하면 갈라지기 쉬웠다.

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이와 반대로 시드니공대 팀이 개발한 바이오센서는 염분이 높은 환경에서도 장기간 사용할 수 있으며 여러 번 재사용할 수 있는 전례없는 결과를 보였다. 게다가 이 센서는 센서와 피부 사이에 최적으로 접촉되지 않을 경우 피부가 뇌에서 오는 전기적 신호 감지를 방해하는 이른바 ‘피부 접촉 저항’을 극적으로 감소시키는 것으로 나타났다.

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야코피 교수는 “우리 센서를 사용하면 센서가 피부에 위치할 때 접촉 저항이 개선됐다”며 “시간이 지남에 따라 우리는 초기 접촉 저항을 75% 이상을 줄일 수 있었다”고 밝혔다.

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그녀는 “이것은 뇌에 의해 보내지는 전기 신호를 신뢰성 있게 수집한 다음 엄청나게 증폭시킬 수 있고, 센서가 가혹한 환경에서도 신뢰성 있게 사용될 수 있다는 것을 의미하며, 따라서 뇌-기계 인터페이스에서의 사용 가능성을 향상시킨다는 것을 의미한다”고 설명했다.

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이 연구는 뇌파가 자율주행 차량을 지휘하고 제어하기 위해 어떻게 사용될 수 있는지를 조사하기 위한 더 큰 협력의 일부를 구성한다. 이는 나노기술과 전자소재 분야 연구로 국제적 명성을 얻고 있는 야코피 교수와 뇌-컴퓨터 인터페이스 분야의 선도적 연구자인 린친텡 UTS 교수가 손잡고 내놓은 성과다. 이 연구는 호주 국방혁신허브로부터 120만달러(약 14억원)의 지원을 받았다.

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이 연구성과를 구현하는 데 성공하면 국방환경과 그 이상에서 응용 가능성이 있는 맞춤형 소형 그래핀 기반 센서를 생산하게 된다. 이 바이오센서 관련 연구는 이번 달 신경공학저널(Journal of Neural Engineering)에 발표됐다.

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이성원 sungwonly09@gmail.com

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