서울대 연구팀, 죽은 곤충 다리도 움직이게 하는 인공신경 개발 스탠퍼드대 공동연구 '사이언스' 게재…"로봇·장애인 장치 개발에 이정표"

(서울=연합뉴스) 최평천 기자 = 서울대 연구팀이 죽은 곤충의 다리도 움직이게 할 수 있는 인공 신경을 개발했다.

서울대 공대는 재료공학부 이태우 교수와 스탠퍼드대 제난 바오 교수 공동연구팀이 플렉서블 유기 소자를 이용해 생물의 촉각 신경을 본뜬 인공 감각 신경을 개발했다고 1일 밝혔다.

연구팀이 개발한 인공 신경을 죽은 곤충에 장착하면 압력에 따라 곤충의 다리를 움직일 수 있다. 인공 신경은 압력을 받으면 즉각 반응하는 인간의 말초 신경과 유사하다고 연구팀은 설명했다.

인공 신경은 생체 피부 촉각 수용체를 흉내 내는 압력 센서, 생체 뉴런(신경세포)을 흉내 내는 유기 링오실레이터, 생체 시냅스(뉴런과 뉴런의 연결부위)를 흉내 내는 유기 시냅스 트랜지스터로 구성됐다.

인공 촉각 신경과 생물학적 운동 신경을 연결하여 운동을 조절 (A) 실험에 활용된 곤충과 인공 촉각 신경의 사진이다.
(B) 인공 촉각 신경과 생물학적 운동 신경을 연결하여 혼성 반사궁 (hybrid reflex arc)을 구성한 모식도이다.
(C) 움직이는 곤충 다리의 힘을 측정하기 위하여 사진과 같이 준비하였다. 서울대 공대 재료공학부 제공 

생물의 경우 피부에서 압력을 받으면 압력 전압으로 전환돼 뉴런으로 전달되고, 시냅스를 거쳐 전압이 운동뉴런을 자극하게 돼 움직임이 일어난다.

인공 신경도 이와 같은 절차로 움직인다. 인공 촉각 수용체로부터 받은 압력 정보는 인공 뉴런을 거치며 활동 전위로 바뀌게 되고 인공 시냅스를 자극한다.

연구팀은 소프트 로봇에 인공 신경을 장착하면 로봇이 인간과 비슷하게 움직일 수 있다고 설명했다. 또 시각장애인을 위한 점자도 인공 신경이 해석할 수 있다고 소개했다.

이 교수는 "사람 같이 행동하는 로봇, 신경 일부분에 장애가 있는 사람들을 위한 보철 장치 개발 등에 새로운 이정표를 제시했다"고 평가했다.

생물체의 촉각 신경과 인공 촉각 신경의 비교  (A) 생물체의 촉각 신경이 압력에 자극되는 과정을 설명한 그림이다. 압력에 자극을 받은 촉각 수용체(mechanoreceptor)가 연결된 감각 뉴런에 신호를 전달한다. 감각 뉴런은 척수에 도달하여 시냅스를 통해 연합 뉴런에 신호를 전달한다.
(B) 압력 센서, 유기 링오실레이터, 유기 시냅스 트랜지스터를 이용하여 인공 촉각 신경을 구성하였다. 압력 센서, 유기 링오실레이터, 유기 시냅스 트랜지스터는 각각 촉각 수용체, 감각 뉴런, 시냅스를 모사한다. 인공 촉각 신경의 신호 처리 방식은 생물체의 촉각 신경이 신호를 처리하는 방식과 유사하게 설계되었다.
(C) 인공 촉각 신경의 실제 사진. 서울대 공대 재료공학부 제공 

이번 연구 결과는 국제학술지 '사이언스'에 1일 자로 게재됐다.

pc@yna.co.kr

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