DGIST, 마찰전기 이용한 인공와우 제작 기술 개발

↑ DGIST 로봇공학전공 최홍수 교수

국내연구팀이 마찰전기 발생 원리를 이용해 차세대 인공 와우(달팽이관) 핵심기술인 인공기저막을 개발했다.
DGIST 로봇공학전공 최홍수 교수와 아주대병원 장정훈 교수 공동연구팀은 마찰전기 기반 인공기저막(TEABM)을 개발했다. 폴리이미드 필름과 알루미늄 필름 사이에서 발생하는 마찰전기를 이용해 인간의 청각 시스템에 핵심인 달팽이관의 주파수 분리 기능과 에너지 변환 기능을 구현해냈다. 동물실험을 통해 TEABM이 손상된 청력을 복원하는데 사용될 수 있다는 것을 확인했다. 연구성과는 바이오 소재 분야 국제학술지인 어드밴스드 헬스케어 머터리얼스 온라인판에 9일 게재됐다.
귀로 들어온 소리신호는 외이·중이를 통해 달팽이관 내부에 있는 기저막의 물리적 특성에 의해 기계적으로 분리된다. 이어 달팽이관 유모세포를 움직여 생체전기신호를 만들어 청각 신경세포를 자극하면 이 신호가 뇌에 전달된다.
인공 와우 수술은 감각신경 난청환자가 소리를 들을 수 있는 유일한 방법이었지만 인공 와우 장치가 몸 밖으로 노출되는 장애, 복잡한 전기신호 처리회로, 잦은 배터리 충전, 높은 생산단가 등이 문제가 됐다.
여러 국내외 연구팀이 기존 인공 와우의 단점을 개선하기 위해 압전물질을 이용해 인공기저막을 개발한 적이 있지만 사람 음성보다 상대적으로 주파수 응답 범위가 높은데다 감도도 낮았다. 압전물질 및 실리콘 기반 공정도 복잡했다.
연구팀은 마찰전기를 이용한 나노발전기술(TENG)을 인공기저막 제작에 적용해 이 문제를 해결했다. 나노발전기술은 두 물질의 접촉 대전 및 정전기 유도 원리를 이용해 기계적 에너지(마찰 등)를 전기에너지로 변환하는 기술이다. 연구팀은 폴리이미드 필름과 알루미늄 필름 사이에서 발생하는 마찰전기를 이용해 음성 영역의 특정 주파수에 반응할 수 있도록 만들어줬다.
연구팀이 동물실험을 진행한 결과 작동주파수 영역이 음성 영역에 가깝고 감도가 7배정도 높아 TEABM이 청력 복원을 위한 차세대 인공 와우 장치 핵심 기술로 사용될 수 있다는 것을 확인했다.
최홍수 교수는 “TEABM은 배터리와 복잡한 전기신호 처리회로가 필요없는 차세대 인공와우를 개발할 수 있는 핵심기술”이라며 “고도 난청 환자들의 청력회복을 위해 상용화 연구에 힘쓰겠다”고 밝혔다.
[이영욱 기자]