일본산업뉴스요약

Next Tech 2030
뇌파로 의수를 원하는 대로 조종
손 끝의 힘 조절 및 촉감도 고려

뇌 활동을 판독해 로봇 등을 움직이게 하는 ‘브레인∙머신∙인터페이스(BMI)’가 실현될 날이 머지않았다. 도쿄공업대학의 고이케(小池) 교수 팀은 뇌에 상처를 입히지 않는 방법으로 뇌활동을 정확히 측정해 만지는 힘 조절 등도 고려하면서 로봇 등을 조작할 수 있는 기술 개발에 일정한 목표를 세웠다. 2030년경에는 자신의 팔처럼 움직일 수 있는 로봇 의수(義手)가 실현될 가능성이 있다.

잃어버린 팔 대신에 로봇 의수를 장착해 뇌파를 특정하는 모자형 디바이스를 쓰면 의수가 마치 자신의 팔인 것처럼 생각대로 움직여 물건을 잡거나 이동시킬 수 있다---. 뇌에서 보내는 팔 운동의 명령을 판독해 의수의 움직임을 제어하는 구조이다. 꿈의 기술인 BMI의 실현은 현실성을 띄고 있다.

BMI는 뇌 신경 세포로 교환되는 전기 신호를 판독해 로봇 및 컴퓨터 등의 기계를 움직이게 하는 기술이다. 특히 의료 분야에서의 응용이 기대를 모으고 있다. 의수나 의족을 마음대로 움직이게 할 뿐만 아니라, 환자나 고령자의 운동을 보조하는 디바이스로도 응용할 수 있다. 머릿속에 떠올리는 것만으로 문자를 입력할 수 있다면 목소리를 내지 않아도 의사소통이 가능해진다.

도쿄공업대학의 고이케 교수의 연구 그룹은 인간이 팔을 움직일 때 운동을 담당하는 뇌의 부분과 신경으로 연결되는 근육의 관계에 착안. 근육의 움직임으로부터 팔 전체의 움직임 및 힘 조절, 자세 등을 추정해 로봇 핸드의 동작에 적용하는 기술을 개발해 왔다.

실제 원숭이나 인간에서 얻은 뇌나 근육의 활동 데이터로부터 로봇 핸드 등을 움직이게 했다. 예를 들어 원숭이가 3개의 버튼을 연속으로 1초 이상 누르고 있을 때 뇌 활동을 계측했다. 근육의 활동으로부터 팔의 움직임을 추정해 로봇 핸드에 뇌 활동의 데이터를 입력하니 원숭이 팔과 동일한 동작을 할 수 있었다.

2017년에는 사람의 뇌파를 사용해 손목의 우직임을 보조하는 파워 디바이스를 개발했다. 현재는 뇌파의 해석과 로봇을 별도로 가동시키고 있으며 “앞으로는 실시간으로 얻은 뇌파를 사용한 로봇 조작을 목표로 한다”(고이케 교수).

BMI를 사용한 로봇 핸드의 연구에서는 인간의 뇌활동과 손끝의 위치 관계를 분석해 로봇을 움직이게 하는 것이 일반적이었다. 그래서 로봇 핸드의 자세나 힘 조절 등을 고려하지 않아 손가락의 위치를 유지하는 것 등이 어려웠다. 고이케 교수는 “힘이나 경도(硬度)를 추정하지 않으면 일상생활에서 사용할 수 있는 실용적인 로봇이 될 수 없다”라고 말한다.

BMI의 연구에서는 전극을 뇌에 심는 기술 개발도 추진해 왔다. 그러나 윤리적인 문제 때문에 연구 및 실용화의 장벽은 높다. 고이케 교수의 방법처럼 두피 위에 장착하는 장치로 측정하는 편이 안전하며 실험도 비교적 간단하다.

그러나 과제도 있다. 두피 위에서의 측정은 뇌파나 정전기를 정확하게 측정할 수 없거나 대규모 장치가 필요하다. 고이케 교수 팀은 뇌파를 사용해 측정할 경우에서도 정확하게 뇌활동을 조사할 수 있는 기술 개발도 추진하고 있다.

-- 센서 및 AI 진보를 뒷받침 --
뇌활동의 데이터를 수집하는 센서 및 분석하는 인공지능(AI)의 기술이 진보된다면 BMI의 실현을 강하게 뒷받침할 것이다. 정확한 데이터를 대량으로 수집해 AI로 분석할 수 있다면 보다 인간의 뇌 구조를 이해할 수 있어 BMI로 이어지게 된다.

최근에는 뇌활동을 통해 발생하는 미약한 자기장을 두피 위에서 정확하게 측정할 수 있는 센서 기술의 개발이 추진되고 있다. 다이아몬드를 재료로 양자기술을 이용한 센서 및 전자가 가진 자석 성질을 사용한 센서에 주목이 모아지고 있다. “계측 정밀도가 더욱 높아져 BMI로의 활용도 기대된다”(고이케 교수).

지금까지는 원숭이나 인간의 뇌에 전극을 심어 넣어 데이터를 얻기 위해서는 허가를 얻은 병원 및 연구소에서 실험할 필요가 있으며 간질 등 뇌의 질병 환자 등의 협력도 없어서는 안 된다. 몸에 상처를 내지 않고 측정하는 방법의 계측 정밀도가 높아지면 다양한 사람으로부터 데이터를 수집할 수 있다.

대량의 정확한 데이터를 간단히 수집할 수 있도록 된다면, 데이터를 해석하기 위해 AI 기술이 필요해진다. 팔을 움직일 때 뇌활동을 더욱 자세히 조사할 수 있어, 뇌의 근본적인 구조를 이해하는 것으로도 연결된다. 고이케 교수는 “10년 후에는 다양한 기술이 진보해 BMI에 관여하게 될 것이다”고 말한다.

▶ 브레인 머신 인터페이스 연구의 동향

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