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뇌에 이식한 전극을 통해 ‘생각만’으로 로봇 팔을 자유자재로 움직일 수 있는 사지마비 여성이 이제는 스텔스 전투기를 조종해 자유롭게 하늘을 날 수 있게 됐다.
미국 워싱턴포스트에 따르면, 미 국방부 청사 펜타곤에서는 방위고등연구계획국(DARPA)과 피츠버그대학 병원이 ‘획기적인 신경신호 연구’라는 프로젝트를 추진하고 있다.
프로젝트의 중심인물은 잔 슈에르만(55)이라는 여성으로, 양손과 양다리 모두 움직일 수 없는 사지마비 환자다. 프로젝트팀은 슈에르만을 대상으로 ‘생각만’으로 지금까지 움직일 수 없었던 획기적인 보철물을 개발하는데 임하고 있다.
슈에르만은 2012년 뇌 표면에 임플란트 두 개를 이식받는 수술을 받았다. 여기에는 전극 192개가 달려 있고 한 번에 뉴런 270개의 활동을 기록할 수 있는데 인간의 뇌에서 동시에 측정되는 뉴런 수로는 사상 가장 높은 수치다. 이를 통해 슈에르만은 ‘생각만’으로 로봇 팔을 자유자재로 움직이는데 성공했다.
슈에르만이 프로젝트에 참가하게 된 계기는 휠체어에 앉은 인간이 ‘생각만’으로 자유자재로 움직이는 영화를 본 것에 있었다. 휠체어까지는 아니지만 슈에르만은 새로운 로봇 팔을 위아래나 앞뒤로 움직여 물건을 잡는 등 자신이 하고 싶은 행동을 할 수 있게 됐다.
물론 슈에르만이 처음부터 로봇 팔을 자유자재로 움직일 수 있던 것은 아니다. 수술한지 11일 경과한 2012년 2월 21일부터 슈에르만은 뇌파로 직접 로봇 팔을 움직이는 실험에 참가했다.
당시 그녀의 조작은 서투르고 불안정했지만 그해 3월엔 책상 위에 놓인 작은 조각도 집어 원하는 위치까지 움직일 수 있었다. 그 밖에도 주먹 크기의 입방체나 잡기 어려운 물체까지 손쉽게 잡을 수 있었다. 심지어 원통형 종이까지 모양을 망가뜨리지 않고 움직이는 데도 성공했다. 마침내 그녀는 혼자 초콜릿과 같은 음식을 먹는 것도 성공해냈다.
슈에르만은 마비의 범위가 점차 확장돼 가는 매우 드문 유전 질환을 갖고 있다. 증상은 2003년부터 나타나 2012년에 사지 모두가 마비됐다. 슈에르만의 뇌에 삽입된 전극은 뇌의 대뇌피질에 있는 운동 제어 영역인 왼쪽 운동피질에 이식돼 있다. 왼쪽 운동피질은 오른손의 움직임을 제어하는 영역으로 인식돼있다.
하지만 슈에르만은 왼쪽 운동피질에 포함된 전극을 사용해 오른손과 왼손을 본뜬 로봇 팔을 모두 움직이는 실험에도 성공해 연구팀 역시 놀랄 수밖에 없었다고 한다.
슈에르만은 2012년 로봇 팔을 자유롭게 조작할 수 있게 됐다. 하지만 DARPA와 피츠버그대 의료센터가 하는 실험은 인간의 보철에 관한 것만이 아니다.
프로젝트는 새로운 신경신호에 관한 혁신적인 실험도 하고 있다. 슈에르만도 이 실험에 참가하고 있는데 미국이 개발중인 스텔스 전투기 F-35를 ‘생각만’으로 비행하는데 성공한 것이다. 물론 그녀가 F-35에 직접 탑승해 비행한 것이 아니라 전용 시뮬레이터에서 성공했다는 것이다.
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이는 미군의 정식 조종사들이 사용하는 시뮬레이터로, 슈에르만은 손과 발 등을 일절 사용하지 않고 ‘생각만’으로 자유자재로 F-35와 다른 비행기를 조종하는 데 성공했다. DARPA의 아라티 프라하카르 국장은 “그녀는 시뮬레이터에서 정말 날고 있는 것”이라고 말했다.
슈에르만은 평소 시뮬레이터를 사용하는 정규 조종사들과 달리 조종간으로 비행기를 조종하는 것이 아니라, 비행기 전체를 직접 제어해 비행에 성공하고 있다.
실제로 슈에르만이 F-35를 날리는 시뮬레이터의 영상을 보면, 비행하고 있는 것은 보통의 비행기다. 그녀는 몇 차례나 비행기의 기수를 조정하면서 비행했다. 한 번이라도 실수하면 대파해버릴 듯한 좌우 절벽 사이에서도 여유롭게 비행했다.
다음 날에는 첫 번째 비행기보다 8배 빠른 속도로 비행하는 F-35였다. 그녀는 이 비행기 역시 놀라운 솜씨로 조종하는데 마치 에어쇼를 하듯 자유롭게 궤도를 그렸다.
프라하카르 국장은 “이 연구결과로, 우리는 미래의 뇌를 ‘몸’이라는 제한에서 해방할 수 있는 미래를 그릴 수 있다”고 말했다.
DARPA의 생물기술실(DTO)의 제프리 리드 실장은 “닐 암스트롱이 달 표면을 걷는 모습을 TV에서 봤을 때와 마찬가지로 슈에르만이 로봇 팔을 움직이는 모습을 볼 때 매우 감동했다”고 말했다.
슈에르만의 실험결과를 보철 및 군사 기술에 응용하려면 아직 갈 길이 멀지만, DARPA는 미 국방부의 실험기관으로 미지의 연구를 추진할 것이다. 프라하카르 국장은 “우리는 안전한 길만 갈 수는 없다. 그런 행위는 우리에게 임무 방해가 될 것”이라고 말했다.
사진=DARPA, 피츠버그대
윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr
