대구경북과학기술원, 뇌-기계 연결 고효율 뇌신경 탐침 개발

↑ DGIST 융합연구팀이 개발한 고효율 뇌신경 탐침 모식도와 실제 모습. [사진제공 = DGIST]

대구경북과학기술원(DGIST) 장재은 교수(정보통신융합공학전공) 연구팀은 3일 인간의 뇌와 외부 기계를 연결할 수 있는 고효율 뇌신경 탐침을 개발했다고 밝혔다.
뇌신경 탐침은 뇌에 삽입하거나 접촉하는 전극 구조물로 뇌에서 발생하는 전기적 신호를 수집, 분석할 뿐만 아니라 뇌에 전기 자극을 줄 수 있는 기구다. 뇌졸중, 치매, 파킨슨병 등 뇌 질환 치료와 연구에 필수적인 기구로 알려져 있다.
연구팀이 이번에 개발한 뇌신경 탐침은 2차원 물질인 그래핀과 나노와이어 기술을 접목해 저항이 낮고 안전성이 높은 것이 특징이다. 기존의 탐침이 높은 전기저항으로 인해 미세한 뇌신경 신호 탐지가 어렵고 딱딱한 구조 등으로 인해 접합 문제가 많아 수명이 짧다는 단점이 있었다.
연구팀은 이같은 문제를 해결하기 위해 그래핀과 나노와이어 기술을 활용했다. 이를 통해 산화아연(ZnO) 나노와이어를 전극 구조에 적용해 뇌신호 주파수 영역에서 낮은 전기저항을 띄고 있어 미세한 뇌신호 측정이 가능하게 됐다.
또 그래핀 물질 기반의 신호 전송 케이블을 활용해 전극 연결구조가 유연해 뇌와 같은 연약한 부위에서 전기신호를 안전하게 획득할 수 있고 생체 안전성도 크게 개선했다.
연구팀은 뇌신경 탐침 개발로 뇌졸중과 같은 뇌 질환 치료를 위한 전기신호 획득과 자극에 활용될 수 있고 이를 통해 인간과 기계를 결합하는 다양한 인터페이스 기술에 적용될 것으로 기대하고 있다.
뇌와 기계를 연결하는 인터페이스 기술은 뇌질환 치료와 장애인을 위한 로봇팔, 로봇다리 같은 인체 결합 기술, 인간과 기계와의 직접적인 정신 교류 등을 위해 필수적인 기술이다.
장재은 교수는 "고효율 뇌신경 탐침은 인간과 기계가 물리적, 정신적으로 교류하는 4차 산업혁명을 현실화할 수 있는 필수적 기반 기술이다"며 "앞으로 무선 기능 탑재 등으로 인간과 기계가 보다 편리하게 연결될 수 있도록 후속 연구를 진행할 것이다"고 말했다.
이번 연구 결과는 미국화학회(ACS)에서 발간하는 재료과학 분야 국제학술지 'ACS 어플라이드 머티리얼즈 & 인터페이스' 온라인 판에 게재됐다. 이번 연구는 장 교수 연구팀을 비롯해 최지웅 교수(정보통신융합공학전공)와 문제일 교수(뇌·인지과학전공), 이윤구(에너지시스템공학전공)교수 등이 융합연구팀을 구성해 진행했다.
[대구 = 우성덕 기자]