-기존의 뇌신경 탐침보다 저항을 100배 이상 감소시킨 유연한 구조로 개발해
-뇌 질환 치료, 인간과 기계 사이의 전기신호 교환에 활용할 수 있어
-인간과 기계를 결합하는 다양한 인터페이스 기술에 적용될 것으로 기대

4차 산업혁명 시대가 도래하면서 인간과 전자기기 사이 정보교류의 필요성에 따라 인간의 뇌와 외부 기계와의 인터페이스 기술 개발이 한창이다. 지난 3일 대구경북과학기술원(DGIST)은 정보통신융합공학전공 장재은 교수 연구팀이 인간의 뇌와 외부 기계를 연결할 수 있는 고효율 뇌신경 탐침을 개발했다고 밝혔다.

뇌신경 탐침은 뇌에 삽입하거나 접촉하는 전극 구조물이다. 뇌에서 발생하는 전기적 신호(뇌신경 신호)를 수집, 분석할 뿐만 아니라 뇌에 전기 자극을 줄 수 있는 기구이다. 이는 뇌졸중, 치매, 파킨슨병 등의 뇌 질환 치료와 연구나 뇌-기계 인터페이스 기술 개발에 꼭 필요한 기구이다. 

장 교수 연구팀은 최지웅 정보통신융학공학전공 교수, 문제일 뇌·인지과학전공 교수, 이윤구 에너지시스템공학전공 교수와 융합연구팀을 구성해 2차원 물질인 그래핀과 나노와이어 기술을 접목한 저항이 낮고 생물학적 안전성이 높은 뇌신경 탐침을 개발했다.

뇌-기계 인터페이스 기술을 전기 자극을 통한 뇌 질환 치료, 장애인을 위한 로봇팔과 로봇 다리 같은 인체 결합 기술, 인간과 기계와의 직접적 정신 교류 등을 위한 기본적이고 필수적인 기술이다.

▲ DGIST 융합연구팀이 개발한 고효율 뇌신경 탐침 모식도<사진=DGIST 제공>

하지만 뇌-기계 인터페이스를 위해 기존에 개발된 뇌신경 탐침은 마이크로기술과 실리콘 물질 기반으로 높은 전기저항, 인간의 뇌신호 획득과 전기 자극 전달에 적합하지 않은 딱딱한 구조 등의 문제점이 있었다. 

융합연구팀은 기존의 탐침이 높은 전기저항으로 인해 미세한 뇌신경 신호 탐지가 어렵고, 구조적 접합 문제에 따른 수명이 짧다는 단점을 해결하기 위해 그래핀과 나노와이어 기술 기반의 뇌신경 탐침을 개발했다.

연구팀이 개발한 뇌신경 탐침은 산화아연(ZnO) 나노와이어를 전극 구조에 적용해 뇌신호 주파수 영역에서 전기저항이 낮아  미세한 뇌신호 측정이 가능하고 신호 획득 효율이 높은 것이 특징이다.

또한, 그래핀 물질 기반의 신호 전송 케이블을 활용하여 전극 연결구조가 유연해 뇌와 같은 연약한 부위에서 전기신호를 안전하게 획득할 수 있다. 또 전도성 폴리머를 이용해 전기적 특성과 생체 안전성을 개선했다.

융합연구팀이 개발한 고효율 뇌신경 탐침은 뇌졸중과 같은 뇌 질환 치료를 위한 전기신호 획득 및 자극에 활용될 수 있으며, 이를 기반으로 인간과 기계를 결합하는 다양한 인터페이스 기술에 적용될 것으로 기대된다. 

장 교수는 "고효율 뇌신경 탐침은 인간과 기계가 물리적, 정신적으로 교류하는 4차 산업혁명을 현실화할 수 있는 필수 기반 기술이다”며 “앞으로 무선 기능의 탑재 등으로 인간과 기계가 좀더 편리하게 연결될 수 있도록 후속 연구를 진행하겠다"고 말했다.


글. 김민석 인턴 기자 arisoo9909@naver.com   사진. DGIST.