신체 절단 환자의 의수(義手) 손가락 끝에 있는 센서를 통해 감지되는 물체의 온도를 남아있는 팔 부위로 전달해 환자가 온도를 감지하고 이에 반응할 수 있게 하는 기술이 개발됐다.

10일 스위스 로잔 연방공대(EPFL) 실베스트로 미체라 교수와 솔라이만 쇼쿠르 박사팀은 의학 저널 메드(Med)에서 판매되고 있는 전자 기기와 의수를 통합, 절단 환자가 수술 치료 없이 물체 온도를 느낄 수 있게 하는 온도 감지 장치 '미니터치'(MiniTouch)를 개발했다고 밝혔다.

공동 교신저자인 쇼쿠르 박사는 "의수에 온도 정보를 추가하면 촉감이 실제 손과 더 비슷해진다"며 "의수로 온도를 감지할 수 있으며 '이것은 내 손이다'라는 느낌을 더 높일 수 있고 다른 사람과의 접촉 등을 통해 인간관계 느낌도 개선할 수 있을 것"이라고 말했다.

▲ 온도 감지 의수로 온도 다른 큐브 구별하는 실험.

감각을 느끼고 반응하는 감각 피드백은 절단 환자가 주변 환경을 탐색하고 상호작용하는 데 중요하다. 로봇공학이 의수·의족에 적용되면서 운동 등 기능이 손발에 가까워지고 있지만 온도 감지는 아직 미개척지 중 하나라고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 이전 연구에서 남아 있는 팔 특정 부위에 열을 전달하면 손으로 온도를 느끼는 듯한 '유령 열 감각'이 존재한다는 사실을 밝혀내고 절단 환자 27명 중 17명의 수동적 온도 감각을 회복시키는 데 성공한 바 있다.

연구팀은 이 연구에서는 현재 판매되고 있는 의족과 온도 센서 등을 통합해 남아있는 팔의 감각 신경세포(뉴런)와 운동 뉴런 간 피드백에 필요한 능동적 온도 감지가 가능하다는 것을 입증했다.

이들은 미니터치를 37년 전 아래팔뼈 절단 수술을 받은 57세 남성의 의수에 부착하고 남아있는 팔의 한 부위에 연결, 의수의 검지로 열을 감지하게 하고, 다양한 온도의 물체와 재질 등을 이용해 온도 구별 능력을 시험했다.

그 결과 맨눈으로는 구분할 수 없는 병에 들어 있는 차가운 물(12℃)과 상온의 물(24℃), 따뜻한 물(40℃)을 100% 정확도로 구분할 수 있는 것으로 나타났다. 하지만 미니터치를 사용하지 않은 경우에는 온도 구분 정확도가 33%에 불과했다. 또 금속 큐브를 집어 옮기는 실험에서는 큐브가 따뜻한지 차가운지를 빠르고 정확하게 구분해냈다.

이어 눈을 가린 상태에서 실제 사람 또는 의수와 악수하는 실험에서는 실제 사람 손을 구분하는 정확도가 미니터치를 사용할 때 80%로 사용하지 않을 때(60%)보다 훨씬 높았다.

연구팀은 그러나 의수는 사람 촉감을 감지하는 능력은 다치지 않은 팔보다 여전히 제한적이라며 이는 의수가 피부의 부드러움이나 질감 등을 느끼는 다른 감각에 제한이 있기 때문이라고 말했다.

쇼쿠르 박사는 "이제 우리 목표는 촉각과 온도 감각, 의수를 내 몸처럼 느끼게 하는 감각 등을 하나의 시스템으로 통합하는 것"이라며 "이런 시스템을 통해 절단 환자들은 '이것은 부드럽고 뜨겁다' 또는 '이것은 딱딱하고 차갑다' 등을 구분할 수 있게 될 것"이라고 말했다.

◆ 출처 : Med, Muheim and Iberite et al., 'A sensory-motor hand prosthesis with integrated thermal feedback', https://www.cell.com/med/fulltext/S2666-6340(23)00404-X

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