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소프트 플렉서블 인공 피부, 재활 치료에 효과적
등록일 : 2019-09-30 16:40 | 최종 승인 : 2019-09-30 17:01
허성환

[메디컬리포트=허성환 기자] 어떤 사람들은 촉각을 잃었다(출처=123RF)

인간의 촉각을 모방하기 위해 햅틱 피드백을 생성할 수 있는 부드러운 인공 피부가 개발되었다. 이 피부는 앞으로 의료적 재활 및 가상현실(VR) 엔진 등 광범위한 응용 분야에서 사용될 수 있다.

스위스의 연구소이자 대학인 로잔공과대학(EPFL)의 과학자들이 햅틱 피드백 기능을 갖춘 새로운 합성 피부를 만들었다. 이 피부는 햅틱 피드백을 실시간으로 전달할 수 있다. 해당 연구 결과는 소프트 로보틱스 저널에 실렸다.

최첨단 기술이 적용된 진동 플렉서블 합성 피부

 

 

의료적 재활이란 장애를 겪은 환자의 회복을 촉진하는 의학 분야의 한 전문 분야로, 신체 장애가 있는 환자의 전반적인 삶의 질을 향상시키는 기술이기도 하다. 관련 분야 전문가들은 다양한 장애를 개선 및 회복할 수 있지만, 촉각 등의 감각은 신체 조건에 의해 제한이 있기 때문에 완벽하게 회복하기는 어렵다.

스코틀랜드의 독립 자선 단체인 노스이스트센서리서비스에 따르면 시력을 잃은 사람의 78%는 다른 건강 상태도 좋지 않아 추가적인 치료를 받아야 한다. 학습 장애가 있는 사람들의 경우 그렇지 않은 사람에 비해 감각을 상실할 위험이 10배나 높다. 마지막으로 사람들은 나이가 들어감에 따라 감각 상실 또는 치매를 겪을 수 있다.

EPFL의 과학자들은 감각 상실을 겪는 환자를 돕기 위해 새로운 종류의 소프트 장치를 만들었다. 이 장치는 센서로 채워진 합성 피부로, 터치 반응을 나타내는 햅틱 피드백 또는 진동을 실시간으로 생성한다. 이 인공 피부는 사람에 맞게 변형될 수 있다. 이로 인해 재활이 필요한 환자들이 어느 정도의 감각을 회복할 수 있을 것으로 보인다.

센서와 액추에이터가 통합된 형태인 완전한 소프트 인공 피부가 개발된 것은 이번이 처음이다. EPFL의 재구성 로보틱스 연구소 과학자인 하샬 소나는 "이를 통해 폐루프 제어가 가능해져 사용자가 느끼는 진동 자극을 정확하고 안정적으로 조절할 수 있다. 앞으로 여러 의료 분야나 웨어러블 응용 분야 등에서 사용이 가능할 것으로 보인다"라고 말했다.

이번 혁신적인 연구 성과로 소프트 인공 피부가 만들어져 환자들이 촉각을 되찾도록 도울 수 있다(출처=셔터스톡)

감각 합성 피부의 특징

과학자들은 실리콘과 플렉서블 전극을 사용해 사람의 손가락, 발가락 및 기타 신체 부위에 맞는 인공 피부를 개발했으며, 멤브레인 층을 형성하는 부드러운 공압 액추에이터도 포함해 공기가 펌프로 들어갈 때마다 인공 피부가 팽창하도록 했다. 이 액추에이터는 각기 다른 수준의 압력에 따라 움직이도록 조정될 수 있다. 이는 환자의 상태에 따라 달라진다. 압력 정도는 초당 최대 100임펄스이고 주파수는 최대 100헤르츠다. 피부가 빠른 속도로 팽창하면 진동이 발생한다.

합성 피부 센서는 멤브레인 층의 상단에 있는 센서 층에 배치된다. 이 센서는 액체-고체 갈륨 혼합물로 구성된 플렉서블 전극이다. 과학자들은이 센서를 사용해 피부 변형을 실시간으로 측정한다. 전극으로 측정된 데이터 피드는 작은 컨트롤러로 전해진다. 마이크로 컨트롤러는 데이터를 변환해 착용자가 이해할 수 있는 자극으로 다시 전송한다. 즉, 마이크로 컨트롤러는 착용자의 움직임과 외부 요인의 변화에 따라 촉각 데이터를 최적화한다.

인공 피부의 구성 요소는 매우 유연하기 때문에 원래 길이의 최대 4배까지 확장 가능하며, 의료 분야 안팎의 특정 응용 분야에 적용돼 백만 번 이상의 작업을 수행할 수 있다. 연구진은 유튜브에 인공 피부 시연 동영상을 게재했다. 현재까지 프로토 타입이 만들어졌으며, 과학자들은 앞으로 완전하고 착용 가능한 버전을 만들기 위해 기술을 개선할 것이다.

웨어러블 버전이 완성되면 과학자들은 신경 과학 연구에 이 모델을 사용해 인체를 자극하는 방법을 알아보고 MRI 촬영을 통해 인공 피부로 촉각이 전달될 때의 동적인 뇌 활동 패턴을 자세히 알아볼 생각이다.

감각 상실에 대해

 

감각 상실을 겪은 사람들은 일반적으로 삶의 질이 매우 낮아진다. 5가지 주요 감각 중 하나 혹은 여러 개가 손상됐기 때문이다. 예를 들어 부분 또는 전체적인 청각 장애가 있는 사람은 목소리 높낮이를 조절할 수 없기 때문에 말을 할 수 있더라도 하지 않게 된다. 즉, 소리를 지를 수 있는 상황에서도 침묵하는 편을 택한다.

그러나 이처럼 청각 장애가 있는 사람이 여러 도움을 받으면 삶의 질이 회복될 수 있다. 장애가 발생하기 전과 똑같은 수준으로 돌아가기는 어려울지 모르지만, 그에 준하는 수준까지는 돌아갈 수 있는 최적화된 기술이 다수 개발됐기 때문이다. 오늘날 기술로 만들어진 장치 중 골전도 기술은 소리가 고막을 우회해 달팽이관에 도달하고 곧바로 뇌로 전달되도록 만들었다. 이 기술을 통해 청각 장애인도 음악 및 소리를 들을 수 있다.

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