지난 3일 DSIST(대구경북과학기술원)은 정보통신융합공학전공 장재은 교수 연구팀이 인간의 뇌와 외부 기계를 연결할 수 있는 고효율 뇌신경 탐침을 개발했다고 밝혔다.

연구팀은 DGIST 정보통신융합공학전공 최지웅 교수, 뇌·인지과학전공 문제일 교수, 에너지시스템공학전공 이윤구 교수, 정보통신융합공학전공 장재은 교수로 구성됐다. 이번 연구를 통해 2차원 물질 그래핀과 나노와이어 기술을 접목해 저항은 낮고 생물학적 안전성은 높은 뇌신경 탐침을 개발했다.

현재 4차 산업혁명으로 인간과 전자기기 사이의 정보교류에 대한 개발이 계속되고 있다. 특히 인간의 뇌와 외부 기계를 잇는 인터페이스 기술 개발에 이목이 쏠리고 있다. 뇌-기계 인터페이스 기술은 향후 뇌질환 치료, 장애인을 위한 로봇 팔과 로봇다리 같은 인체 결합 기술, 인간과 기계와의 직접적인 정신 교류의 개발을 위한 기본적이며 필수적인 기술이다.

그러나 지금까지 개발된 뇌-기계 인터페이스 뇌신경 탐침은 실리콘 물질을 기반으로 해 전기저항이 높다는 문제점이 언급됐다. 뿐만 아니라 인간의 뇌신호 획득과 전기 자극 전달에 적합하지 않은 딱딱한 구조를 갖고 있었다.

고효율 뇌신경 탐침은 기존의 탐침이 높은 전기저항때문에 미세한 뇌신경 신호 탐지에 어려움을 겪는 것과 구조 접합 문제로 짧은 수명을 갖는 것을 해결했다.

이번에 개발된 뇌신경 탐침은 산화아연(ZnO) 나노와이어를 전극 구조에 적용한다. 따라서 뇌신호 주파수 영역에 낮은 전기저항을 띄게 된다. 이는 미세한 뇌신호 측정을 가능하게 하고 신호 획득 효율도 높여준다.

뿐만 아니라 그래핀 물질을 기반으로 한 신호 전송 케이블을 활용했다. 이를 통해 전극 연결구조를 유연하게 하고 뇌와 같은 연약한 부위에서의 전기 신호 획득도 가능하게 했다. 전도성 폴리머를 사용해 전기적 특성과 생체 안전성까지 모두 잡았다.

융합연구팀이 개발한 고효율 뇌신경 탐침은 뇌줄중과 같은 뇌 질환 치료에 도움을 줄 것으로 전망된다. 고효율 뇌신경 탐침은 뇌 질환 치료를 위한 전기 신호 획득과 자극에 활용할 수 있고, 인간과 기계를 결합하는 다양한 인터페이스 기술에도 적용할 수 있다.

장재은 연구팀 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 전했다.

이번 연구결과는 미국화학회(ACS)의 재료과학 분야 국제학술지 'ACS 어플라이드 머티리얼즈 & 인터페이스'에 게재됐다.

김보미 기자