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소형 로봇으로 근육 진동...의수, 의족에 움직임 감각 더한다

   고진아 기자   2018-03-27 19:01
(출처=123RF)

흔히 보철이나 인공기관 삽입물이라고 하면, 절단된 팔다리의 재활에 도움이 되도록 해당 부위에 부착하는 의수나 의족 같은 의료 기구를 뜻한다. 이에 팔다리를 잃은 사람들은 이런 의수나 의족을 통해 일상적인 작업 수행을 더 수월하게 할 수 있다.

그러나 어디까지나 생활에 편의를 제공하는 의료 기구에 불과해 실제처럼 자연스럽게 움직이는 데는 한계가 있기 마련이다. 이런 가운데 미국 클리블랜드 클리닉(Cleveland Clinic)의 연구팀이 동작 인식 및 지각을 할 수 있는 기술을 개발해 주목받고 있다.

 

운동 지각 기능 탑재

의수는 신체를 움직이면서 조작할 수 있는 가장 오래된 보철물이다. 이에 기술도 발달하면서 일부 의수는 그립감(쥐거나 움켜짐)을 더욱 강화하는 추가 기능이 탑재되기도 한다. 하지만 이런 기술 업그레이드에도 환자들은 여전히 신체가 움직이는 것 같은 감각은 느끼지 못한다.

그러나 최근 '사이언스 중개의학(Science Translational Medicine)'지에 따르면, 클리블랜드 클리닉 연구팀은 의수에서 자연적인 운동 감각을 복원하는 새로운 방법을 개발했다. 바로 소형 로봇을 사용해 환자가 의수의 손이나 팔, 손가락을 움직일 때 움직임의 감각이 환자에게도 느껴질 수 있도록 한 것. 로봇은 특정 근육을 진동시키는 방식으로 이러한 감각을 복원시켰다. 

이는 의료 기기가 신체 일부로 통합되는 원리로 볼 수 있는데, 이러한 보철물의 운동 감각 통합은 다음과 같은 몇 가지 이점을 가져다준다.

- 마치 실제의 팔을 사용하는 것처럼 복잡한 그립 패턴을 수행할 수 있다.

- 의수를 통해 움직임의 감각과 흐름을 느낄 때 더 효과적으로 물건을 쥐거나 잡을 수 있다.

- 물건을 잡을 때 그립의 힘을 결정할 수 있다.

이번 연구에 참여한 미국립신경질환뇌졸중연구소(National Institute of Neurological Disorders and Stroke)의 프로그램 이사 제임스 W. 그나드(James W. Gnadt)는 지난 수십 년간의 연구들에 의해 근육이 제대로 작동하기 위해서는 움직임을 감지해야 할 필요가 있다는 사실이 드러났다며, 이는 많은 사람의 삶을 향상할 수 있는 새로운 수준의 보철 의학 분야를 필요로 한다고 설명했다. 

연구팀은 또한 운동 감각을 복원하는 것 외에도 기기와 사람의 생각 사이의 관계를 개선시키는 조정 작업도 수행했다. 예를 들어 신체가 온전한 사람일 경우 뇌는 움직임의 진행 상황과는 상관없이 일관되게 움직임의 피드백을 받게 된다. 이러한 일관된 피드백 수신은 움직임에서의 오류를 방지하거나 반대로 필요할 경우 변경하도록 만들기도 한다. 그러나 수족이 절단된 사람의 경우 이런 일관된 피드백이 영구적으로 소실됐기 때문에 의수나 의족을 통제할 수 없다. 이에 매우 세심하게 보철물을 보면서 행동하지 않고는 보철물을 마음대로 조절할 수 없는 것이다.

연구팀은 이와 관련, 보철물을 착용한 상태에서도 환자가 적절하게 통제하고 조정할 수 있는지를 확인하기 위해 표적 신경 재수술(Targeted Nerve reinnervation)을 받은 6명의 환자를 대상으로 실험을 진행했다. 신경 재수술은 수족이 절단된 사람이 특정 보철물을 통제하고 감각 피드백을 회복하는 데 도움을 주는 수술로, 환자들은 이 수술로 재수술한 근육에 진동을 느낄 수 있어 의족의 움직임을 느낄 수 있고 복잡한 그림도 수행할 수 있다.

연구팀은 이 환자들에게 소형 로봇을 활용해 환자가 보철물을 감지해 마치 실제인 것처럼 느껴지는 환상 효과를 얻었는지를 관찰했다. 연구 결과, 특정 근육에서 진동을 받은 환자들은 보철물을 보지 않고도 공간 인식과 미세한 운동 감각 조절이 향상된 것으로 나타났다.  

(출처=123RF)

보철물 관리와 유지 방법

보철물은 수족이 절단된 사람들에게는 삶의 일부나 마찬가지로, 자신의 신체처럼 세심하게 돌보고 관리하는 것이 매우 중요하다. 몇 가지 관리 팁을 소개한다.

- 잠들기 전 보철을 떼어낸 후 손상되거나 느슨한 부분이 없는지 주의 깊게 살펴본다.

- 장치를 점검한 후에는 신체에 발진이나 물집 같은 흔적이 없는지 확인한다.

- 비누와 물을 사용해 보철물의 소켓 부분을 깨끗이 청소한다.

- 의족을 사용할 경우에는 항상 잘 맞는 신발을 착용하되 절대 굽 높이가 다른 것을 신어서는 안 된다. 의족은 단지 특정한 굽 높이에만 맞춰 설계됐기 때문이다.

- 마치 정상적인 발을 가진 것처럼 깨끗하고 잘 말린 양말을 착용해야 한다.

- 보철물이 팔이나 다리에 항상 맞도록 몸무게를 적정 수준으로 유지하는 것이 좋다.

[researchpaper 리서치페이퍼=고진아 기자]