장애를 뛰어넘는 첨단과학

 

전동성(자유기고가. 전 경향신문 편집부국장)

 

 

영화 ‘아이언맨’을 보면 경이한 ‘로보슈츠’로 초인이 되는 것을 본다. 유명한 천체물리학자 스티브 호킹이 휠체어에 타고 고개를 약간 기울이며 찡그린 얼굴로 의사소통을 한다. 역시 신기하다. 장애를 극복할 수 있다면…. 그러한 염원을 현대과학은 아주 느리지만 한걸음씩 내딛고 있다. 우선 인지과학으로 알려진 인공지능이 그것이다. 물론 아직은 초보적인 단계이지만 조금씩 성과가 나오고 있으니 포기할 단계는 아니다.

 

인공지능을 부착한 첨단센서가 마비된 팔을 움직이고 또 하체마비에 걸린 사람을 걷게 만든다는 보도들이 외신을 통해서 우리에게 전해지고 있지만, 아직은 일반 장애인들에겐 다른 세계의 꿈같은 이야기로 들릴 것이다. 그러나 과학이 지금 그 일을 하고 있는 한 그 꿈은 적어도 50년 안에 아니면 다음세대가 되면 이뤄질 수 있을 것이라는 희망은 버릴 수가 없다. 다음의 두 이야기는 그들의 최근 실화다.

 

 

#1. 마비된 팔을 움직이는 로봇팔

 

Nature 5월 16일호에 실린 논문에 의하면, 사지를 움직일 수 없는 두 명의 환자들이 뇌의 힘만을 이용하여 로보트 팔을 움직여, 물체를 만지고 쥐는 데 성공했다고 한다. 이번 실험에 참가한 두 명의 환자들(케이티와 밥)은 뇌졸중으로 뇌간이 손상되어, 사지가 마비(tetraplegia)되고 말을 할 수 없게 된 환자였다. 신경과학자들은-머리카락 굵기의 전극 약 100개를 포함하는-미세한 기록장치를 환자의 뇌에 이식하여, 움직이려는 의향과 관련된 신경신호를 기록했다.

작년 4월에 촬영되어 이번 논문과 함께 공개된 동영상에 의하면, 15년 전에 뇌졸중에 걸려 2005년에 기록장치를 이식받은 케이티는 자신의 생각만으로 로봇팔을 움직여 커피병을 잡아 입술에 갖다댔다. 그녀는 커피를 마시며 미소를 짓기도 했다. "우리는 그녀의 웃는 모습을 영원히 잊지 못할 것이다"라고 이번 연구의 공동저자인 브라운 대학교의 레이 호흐버그 박사(신경공학 전공)는 말했다.

이번 연구는 브라운 뇌과학센터의 존 도노휴 소장이 지휘하는 브레인게이트 2(BrainGate 2) 임상시험의 일환으로 실시되었다. 그가 이끄는 연구진은 선행연구에서 ‘두 명의 참가자가 생각만으로 컴퓨터 화면의 커서를 움직였다’고 발표한 바 있다. ‘2차원적 운동(컴퓨터 화면의 커서를 이리저리 움직이는 것)을 3차원적 운동(물체가 있는 곳으로 손을 뻗어, 물체를 잡고 이동시키는 것)으로 발전시키는 것은 엄청난 과제였다. 그것은 단지 하나의 차원을 추가하는 것 이상으로 복잡한 문제였다’라고 도노휴 박사는 술회했다.

이번 연구에서 연구자들이 당면한 과제는 ‘참가자의 신경 인터페이스 이식물이 탐지한 신경신호를 해독한 다음, 이 신호를 디지털 명령으로 바꾸어 로봇팔로 하여금 정확히 의도된 운동을 하게 하는 것’이었다. 운동이 복잡하면 복잡할수록, 신경신호를 해독하는 작업은 더욱더 어려웠다. 신경과학자들은 이를 위해 컴퓨터 과학자 및 로보트학 전문가들과의 긴밀한 협조 하에 연구를 수행했다. 브레인게이트 2는 두 가지 유형의 로봇팔을 사용하고 있는데, 그중 하나는 DEKA Arm System으로서 미 육군과 함께 의수와 의족으로 개발되고 있으며, 다른 하나는 DLR Arm이라는 좀더 무거운 로봇팔로 독일 항공우주센터에 의해 외부 보조장비로 개발되고 있는 것이다.

이번 실험에서 두 명의 참가자는 30초 동안 거품공 쪽으로 손을 뻗어 공을 잡는 과제를 수행했다. 밥은 DEKA Arm을 이용하여 62%의 성공률을 보였으며, 케이티는 DEKA Arm으로는 46%, DLR Arm으로는 21%의 성공률을 보였다. 그녀는 커피병을 들어 입술에 갖다대는 실험에서는 66.7%의 성공률을 기록했다. 과학자들은 ‘오랫동안 불구로 살아온 환자들이 스스로 의사소통을 하고 과제를 수행할 수 있게 되었다’는 점을 높이 평가하며, 이번 연구결과를 반기고 있다. 그러나 도노휴 소장은 ‘로봇팔의 운동이 너무 느리고 부정확하다. 신호해독 알고리즘을 보다 개선할 필요가 있다’고 불만을 표시했다.

연구진은 브레인게이트 2에 참가할 대상자를 추가로 모집할 방침인데, 이 시험의 주된 목적은 이식된 기록장치의 안전성을 테스트하기 위한 것이라고 한다. 현재까지 7명의 환자들이 기록장치를 이식받았는데, 심각한 부작용을 나타낸 환자는 없는 것으로 알려졌다. 연구진은 뇌졸중이나 신경퇴행성질환이나 척수절단 등에 의해 불구가 된 환자 등 총 15명을 모집할 예정이다. 연구진은 장기적으로 환자의 두개골에 부착하는 와이어를 없애 무선시스템을 구축할 계획을 갖고 있으며, 더욱 장기적으로는 로봇팔을 없애고 뇌 신경의 신호를 환자의 근육으로 직접 보내는 방법을 구상하고 있다고 한다.

 

**1)밥은 2006년에 뇌졸중에 걸려 5개월 전 기록장치를 이식받은 환자이다.

 

 

#2. 하반신 마비 여성을 걷게한 ‘로봇 슈츠’

 

영국에서 하반신이 마비된 여성이 인체공학 보행 보조기를 착용하고 16일 동안 42.195㎞를 걸어서 마라톤을 완주했다고 BBC가 지난 5월8일 보도했다.

하반신 마비 장애인 클레어 로마스(32)씨가 8일 영국 런던마라톤 결승선을 통과하고 있다. 5년 전 사고로 하반신이 마비된 로마스씨는 인체공학 보행 보조기‘리워크’를 착용하고 지난달 22일 참가자 3만6000여명과 함께 출발해 16일 동안 42.195㎞를 걸어 이날 마라톤을 완주했다. 남편 댄씨는 레이스 내내 뒤에서 아내와 함께 걸었다. 결승선에 모인 시민 수백명이 로마스씨의 마라톤 완주를 축하하며 박수와 환호를 보냈다. /AFP

5년 전 낙마 사고로 척추를 다쳐 하반신이 마비된 클레어 로마스(32)는 8일 오후 12시 50분쯤 버킹엄궁 인근에 위치한 런던 마라톤의 결승선을 통과했다. 지난 4월 22일 3만6000여명의 다른 마라토너들과 함께 출발선에 선 지 16일 만이었다. 로마스가 힘겹게 발걸음을 내디딜 때마다 그가 착용한 보행 보조기 '리워크(Rewalk)'에서 로보캅과 같은 기계음이 났다. 3년 전 결혼한 남편 댄은 아내가 마라톤 코스를 걷는 동안 내내 뒤에서 함께 걸었고, 막 걸음마를 시작한 13개월 된 딸 메이시도 이날 엄마가 결승선을 지나는 순간을 바로 뒤에서 지켜봤다.

로마스는 ‘마치 구름 위를 걷는 기분’이라고 말했다. 로마스는 이날 꼴찌로 결승선에 들어섰지만 세계 최초로 인체 공학 보행 보조기를 착용하고 마라톤을 완주했다는 기록을 세웠다. 로마스의 도전을 가능케 한 것은 '로봇 슈트'라고 불리는 인체 공학 보조기 리워크였다. 이스라엘에 본사를 둔 '아르고 메디컬 테크놀로지'사가 2010년 출시한 리워크는 하반신 마비 장애인들이 서 있거나 걷고 계단을 오르게 할 수 있다. 가격은 4만3000파운드(약 7895만원)다.

로마스는 자신처럼 하반신이 마비된 이들의 치료를 위한 연구 기금을 모금하기 위해 마라톤에 참가하기로 하고, 3개월 전부터 로봇 슈트를 입고 걷는 연습을 했다. 연습 초기엔 하루에 30여 걸음밖에 걷지 못했다. 하지만 이번 마라톤에서 16일 동안 총 5만5000걸음을 걸었다.
로마스가 완주한 이날 성금으로 8만6000파운드(약 1억5827만원) 이상이 모였다고 가디언은 전했다.

 

#3. 한국은 어디까지 왔나.

참으로 꿈같은 이야기들이다. 아직 우리는 휠체어나 인공보조기 등 원시적인(?) 수준에서 헤메고 있다. 어느 연구소가 과연 과감하게 이런 일에 나설 수 있을지 생각조차 하기 어렵다. 정치권은 복지문제에 관한 한 아무런 도움도 못주는 곳이고 재계는 아직도 부의 사회 환원에는 인색한 곳이다. 만약 전쟁이 나면 또 얼마나 많은 장병들이 장애인이 될까? 고작 외과적인 수술이나 보조기로 그들의 장래를 부축하는 정도일 뿐이다. 그러나 누군가는 씨앗을 뿌려야 하지 않겠는가. 시작이 절반이라는데…. 답답하다.

 

 

   

 

참고자료

 

Hochberg,L.R.,etal.Nature485,372?375(2012)

Hochberg,L.R.,etal.Nature442,164?171(2006)

http://youtu.be/ogBX18maUiM

http://www.nature.com/news/mind-controlled-robot-arms-show-promise-1.10652

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KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2012-05-22