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캘리포니아공대 연구팀, 인공피부를 '로봇 팔'과 '사람의 피부'에 부착하는 센서와 통합...머신러닝을 사용하여 이러한 신호를 로봇 제어를 위한 제스처로 변환하고 6가지 제스처로 모델을 학습

'M-Bot'이라고 불리는 이 멀티모달 로봇 감지 플랫폼(사진:논문캡처)

우리는 일상적인 상황에서 촉각을 너무나 당연하게 여기는 경향이 있지만 인간의 촉각과 감각기능은 주변 환경과 상호 작용하는 능력에 매우 중요하다.

예를 들어, 아침 식사로 계란을 요리하기 위해 냉장고에 손을 넣어 계란을 집는다면 계란이 차갑고 껍질이 매끄러운 것을 느낄 수 있으며, 부서지지 않도록 얼마만큼의 세기로 잡아야 하는지 알 수 있다. 이는 인간이 직접 제어하는 ​​로봇에서는 매우 어려움을 겪을 수 있는 촉각 능력이다.

여기에, 캘리포니아 공과대학교(Califonia Institute of Technology. 이하, 칼텍·Caltech) 연구팀이 개발한 새로운 인공피부는 이제 로봇이 간단한 터치를 통해 온도, 압력 및 독성 화학물질까지 감지할 수 있는 기능을 제공한다.

이 새로운 기술은 인공피부를 '로봇 팔'과 '사람의 피부'에 부착하는 센서와 통합하는 로봇 플랫폼의 일부이다. 이 두 가지를 인공지능(AI) 머신러닝으로 인터페이스 시켜 인간 사용자는 자신의 피부를 통해 피드백을 받으면서 자신의 움직임으로 로봇을 제어할 수 있는 것이다.

한 쌍의 완전히 인쇄된 부드러운 e-스킨을 포함하는 M-Bot의 개요: AI 기반 e-skin-H(인간 피부와 인터페이스) 및 e-skin-R(로봇 피부와 인터페이스) 사용자 상호 작용 피드백을 통한 로봇 제어 및 다중 모드 물리 화학적 감지.(이미지:논문캡처)

'M-Bot'이라고 불리는 이 멀티모달 로봇 감지 플랫폼은 칼텍 의학공학과 조교수이자 헤리티지 의학연구소(Heritage Medical Research Institute)의 웨이 가오(Wei Gao)교수의 주도로 개발되었다. 그것은 인간에게 로봇에 대한 더 정확한 통제권을 주는 동시에 잠재적인 위험으로부터 인간을 보호하는 것을 목표로 한다.

가오 교수는 "현대 로봇들은 보안, 농업, 의료, 제조업 등에서 점점 더 중요한 역할을 하고 있습니다"라며, "우리는 이 로봇들에게 촉감과 온도감을 줄 수 있을까? 또한, 그들이 폭발물이나 신경작용제와 같은 화학물질이나 전염성 박테리아나 바이러스와 같은 생물학적 위험을 감지하도록 만들 수 있을까? 라는 명제 하에 우리는 이 시스템을 개발했습니다"라고 밝혔다.

인간의 손과 로봇 손을 나란히 비교하면 확연한 차이가 드러나지만 연구팀이 개발한 인쇄 가능한 인공피부의 물성은 젤라틴(젤리같은) 하이드로겔(Gelatinous Hydrogel)로 로봇의 손끝을 인간의 손끝과 훨씬 더 비슷하게 구현했다.

그 하이드로겔 안에는 인공피부에 주변의 세계를 감지할 수 있는 능력을 부여해주는 센서가 내장되어 있다. 이 센서들은 문자 그대로 잉크젯 프린터가 종이에 텍스트를 인쇄하는 것과 같은 방식으로 피부에 인쇄된다. 카트리지에는 일반 잉크 대신 연구팀이 개발한 나노 물질의 다양한 잉크로 채워져 있다.

논문캡처

그런 다음, 은(Ag) 나노입자 와이어의 스캐폴딩(scaffolding·비계)를 인쇄한 후, 연구팀은 다양한 것들을 감지하도록 설계될 수 있는 마이크로미터 크기의 센서 층을 인쇄했다. 센서가 인쇄된다는 사실은 연구팀이 새로운 종류의 센서를 설계하고 시험하는 것을 더 빠르고 쉽게 만든다. 즉, 하나의 주어진 화합물을 탐지하고 싶을 때, 센서가 그 화합물에 대해 높은 전기화학적 반응 여부를 직접 확인하면서 진행하는 것이다.

가오 교수는 "백금이 함침(含浸)된 그래핀은 폭발성 TNT를 매우 빠르고 선택적으로 감지합니다. 바이러스의 경우, 표면적이 매우 높은 탄소 나노튜브를 인쇄하고 바이러스에 대한 항체를 부착합니다. 이것은 모두 대량 생산 가능하고 확장 가능합니다"라고 말했다.

인쇄된 다중 모드 센서 어레이로 구성된 로봇 피부 인터페이스(e-skin-R) 이미지 및 구현(논문캡처)

특히, 중요한 것은 연구팀은 이 피부를 인간 사용자가 자신의 근육 움직임을 통해 로봇을 제어할 수 있도록 하는 동시에 로봇의 피부로부터 사용자 자신의 피부로 피드백을 받을 수 있는 인공지능(AI) 대화형 시스템에 결합했다.

시스템의 이 부분은 추가 인쇄 부품(이 경우 작업자의 팔뚝에 고정된 전극)을 사용한다. 이 전극은 뇌파를 측정하는 데 사용되는 전극과 유사하지만 대신 손과 손목을 움직일 때 조작자의 근육에서 생성되는 전기 신호를 감지하도록 배치한다.

연구팀은 AI 머신러닝을 사용하여 이러한 신호를 로봇 제어를 위한 제스처로 변환하고 6가지 제스처로 모델을 학습시켰다. 이를 통해 인간의 손목을 가볍게 튕기면 로봇 팔이 위아래로 움직이도록 지시하고, 인간의 손가락을 꽉 쥐거나 벌리면 로봇 손이 비슷한 동작(아래 사진 참조)을 따르게 된다.

사진:Caltech

연구팀은 이 시스템이 농업에서 보안, 위험물 취급, 환경 보호에 이르기까지 모든 분야에서 로봇 운영자가 공항에 남겨진 의심스러운 배낭에 폭발물의 흔적이 있는지, 농작물에 얼마나 많은 살충제가 적용되고 있는지 등 다양한 분야에서 적용될 수 있다고 밝혔다.

또한 연구팀 이 로봇 피부의 안정성을 개선하여 더 오래 지속되도록 하고 새로운 잉크와 새로운 재료를 최적화함으로써 이것이 다양한 종류의 표적 탐지에 사용될 수 있기를 바라며, 이를 더 강력한 로봇에 장착하고 그들은 더 똑똑하고 더 지능적이기를 기대한다고 덧붙였다.

한편, 이 연구 결과는 로보틱스 분야 세계 최고 권위의 학술지 사이언스 로보틱스(Science Robotics)에 '로봇 물리화학적 감지를 위한 전체 인쇄된 부드러운 인간-기계 인터페이스(All-printed soft human-machine interface for robotic physicochemical sensing- 다운 )'라는 제목으로 지난 1일 표지논문으로 게재됐다.

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'M-Bot'이라고 불리는 이 멀티모달 로봇 감지 플랫폼(사진:논문캡처)

한 쌍의 완전히 인쇄된 부드러운 e-스킨을 포함하는 M-Bot의 개요: AI 기반 e-skin-H(인간 피부와 인터페이스) 및 e-skin-R(로봇 피부와 인터페이스) 사용자 상호 작용 피드백을 통한 로봇 제어 및 다중 모드 물리 화학적 감지.(이미지:논문캡처)

논문캡처

인쇄된 다중 모드 센서 어레이로 구성된 로봇 피부 인터페이스(e-skin-R) 이미지 및 구현(논문캡처)

사진:Caltech

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[AI 리뷰] 인간과 로봇이 교감하는 인공지능 기반 '인공피부' 개발...촉각넘어 위험물질 탐지까지

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우리는 일상적인 상황에서 촉각을 너무나 당연하게 여기는 경향이 있지만 인간의 촉각과 감각기능은 주변 환경과 상호 작용하는 능력에 매우 중요하다.예를 들어, 아침 식사로 계란을 요리하기 위해 냉장고에 손을 넣어 계란을 집는다면 계란이 차갑고 껍질이 매끄러운 것을 느낄 수 있으며, 부서지지 않도록 얼마만큼의 세기로 잡아야 하는지 알 수 있다.

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키보드 없이 손동작만으로 글자를 입력할 수 있게 해주는 스프레이형 전자피부가 개발됐다. 손목밴드나 웨어러블 장갑처럼 불편한 실물기기를 착용할 필요가 없다는 점에서 유망한 기술로 기대된다.

전자피부란 딱딱하고 고정된 전자소자를 피부처럼 유연하면서도 늘어나는 형태로 만든 것이다. 사람 피부에 부착하면 웨어러블 기기에 의존하지 않고도 온도와 습도, 압력 등을 감지할 수 있어 의료나 가상현실 등 여러 용도로 활용할 수 있다.

연구진은 전기가 통하는 100나노미터 두께의 은나노와이어를 뿌려 전도성 그물망을 자동으로 인쇄하는 방식을 사용했다. 연구진은 은나노와이어는 금으로 도금돼 있어 생체 친화적이라고 밝혔다. 손 위에 전도성그물망을 인쇄하면 사용자의 손 움직임에 따라 그물망이 늘어나면서 전기신호가 발생한다. 이때 발생한 정보를 블루투스통신장치를 통해 외부로 전송할 수 있다.

연구진은 이어 전자피부가 감지해 생성한 다양한 전기신호를 인공지능에게 학습시켰다. 그 결과 손동작만으로도 실물기기를 직접 조작할 때와 똑같이 가상공간에서 다양한 작업을 할 수 있다는 걸 실험을 통해 확인했다고 밝혔다. 연구진은“키보드 없이 손동작만으로 글자를 입력할 수 있었고, 임의의 물체를 문지르는 것만으로도 물체의 모양이 화면에 나타나게 하는 등 다양한 가상현실 플랫폼 기술 구현이 가능했다”고 밝혔다.

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최근 노령화로 인해 자연스럽게 청력이 손실되는 경우는 회복하기 어려운 경우가 많다.

잘 드는 것이 노후 3대 복 중 하나라는데 보청기가 이 복이 유지되도록 도와준다.

보청기는 소형 마이크 등으로 외부 음성을 모아 환자에 맞게 특정 주파수 음역대로 변환한 후 소리를 증폭하는 것이 보청기 원리다. 보청기는 단순히 듣는 기능외에도 방향인지, 소음제거 등 귀에 준하는 기능을 탑재한 첨단 기기다.최근에는 이명을 경감시키는 이명완화와 바람소리 제거 등 보청기 사용자 편의에 맞춤식 기능을 제공하기도 한다. 비선형 압축기술은 큰 소리는 줄여주고 작은 소리는 키워주는 보청기 기능이다

청력에 부담을 줄이되, 작은 음성도 잘 전달해주는 보청기 핵심 기능이다.

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인공 세포막을 통해 다섯가지 기본 맛을 판별해내는 센서 전자혀는 액체를 분석해서 그 성분을 구분해 내는 전자 장치이다 다수의 전자 센서와 데이터 인식 처리 장치 및 인터페이스로 되어 있으며, 센서 선택도는 리터당 약 3∼4mg으로, 계량 분석과 광범위한 액체 식별을 통해 주스, 커피, 맥주, 와인 등 다양한 음료 재료에 대한 품질관리와 적합성 판단에 응용된다. 또한 산업 및 환경 분야에서 폐광의 지하수 검사와 같은 작업에도 활용할 수 있다.

IBM에서 공개한 하이퍼테이스트라는 전자혀는

휴대가 가능한 범용 전자혀로, 기기를 간단히 액체에 담그면 AI가 분석해 물질이 무엇인지, 상태는 어떤지를 알려주고 위조 와인이나 위스키를 판별하기 위해 쓸수도있다

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전상용 KAIST 생명과학과 교수와 신호철 박사과정·김유진 박사로 구성된 국내 연구진이 췌장암, 대장암 등 고형암(췌장암, 대장암, 등 장기에서 발생하는 암)을 포함한 암 치료에 널리 활용할 수 있는 새로운 나노입자 백신을 개발했다.

KAIST 생명과학과 연구팀은 암 연관 섬유아세포를 표적으로 해 다양한 암종에서 효능을 보이는 항암치료용 나노백신(나노입자의 형태로 인체에 전달하는 백신)개발에 성공했다고 전했다.

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홍콩의 과학자들이 사람 눈의 망막 구조를 모방한 인공눈을 개발했다. 사람 눈을 모방한 인공눈을 개발한 건 처음은 아니지만 사람 눈 구조에 한층 가까워졌고 시력이 더 좋은 인공눈이 나온 건 처음이다.

판 교수팀은 기상증착법이란 기술을 이용해 그동안 모방하기 어려웠던 망막의 형태와 구조를 실제와 비슷하게 제작했다. 기상증착법이란 원하는 물질이 든 재료를 반응기 안에 넣어 분해시킨 다음 화학반응을 통해 원하는 형태를 만드는 기술이다. 연구팀은 광수용체를 만들 소재로 차세대 태양전지에 활용되는 신소재인 페로브스카이트를 선택했다. 페로브스카이트는 독특한 결정 구조를 가진 반도체 물질을통틀어 부르는 말이다. 빛을 전기로 바꾸거나 반대로 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있다. 색재현성이 뛰어나 빛을 선명하게 인식하고 제조 공정도 간단하다.

연구팀이 개발한 인공눈은 지름 2cm로 속이 전기가 통하는 전도성 액체로 채워져 있다.  실제 사람 눈과 크기가 비슷하지만 빛을 감지하는 속도가 더 빠르다. 인공눈은 30~40 밀리초(1000분의 1초)만에 빛을 감지하는 반면 사람 눈은 40~150 밀리초가 소요된다. 최대5배 가량 인식 속도가 빠른 셈이다.

연구팀이 만든 인공망막은 1 나노미터(nm·10억분의 1m) 수준의 페로브스카이트 나노선 3개로 구성된다. 나노선 하나는 광수용체 하나의 역할을 한다. 연구팀은 “인공눈은 나노선 3개만으로도 가로세로 2mm짜리의 알파벳 ‘E’와 ‘I’, ‘J’를 인지했다”며 “이 기술을 적용하면 사람이 가진 광수용체 수보다 10배가 더 많은 나노선 광수용체를 넣을 수 있다"고 밝혔다.

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한국과 미국, 독일 연구팀이 손잡고 누르기, 두드리기 등 다양한 촉감을 인지하며 상처 치유까지 가능한 인공피부를 개발했다. 의수나 의족을 사용하는 절단 환자에게 실제와 같은 피부를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

김정 KAIST 기계공학과 교수 연구팀은 사람처럼 느끼고 상처 치유가 가능한 인공피부를 개발했다는 연구결과를 국제학술지 사이언스 로보틱스에 9일 공개했다고 밝혔다. 이효상 독일 슈튜트가르트대 교수와 육현우 미국 매사추세츠공대(MIT) 박사후연구원도 연구에 참여했다.

인공피부 소재는 하이드로젤을 사용했다. 하이드로젤은 90% 이상이 물과 전해질로 이뤄진 소재로 사람 피부와 비슷한 성질을 보이면서 전류와 진동을 전달하는 특징을 지녔다. 하이드로젤 아래의 전극과 마이크가 인공피부 표면에 가해진 자극에 의한 변형이나 진동을 측정한다.

연구팀은 “정교한 촉각 감각뿐 아니라 사람의 피부와 유사한 물성과 질감도 부여할 수 있다”며 “서비스 로봇과 같이 사람과의 다양한 접촉과 상호작용이 필요한 응용 분야에 유용하게 활용될 것”이라고 기대했다. 인공 피부를 의수나 의족의 피부로 사용한다면 실제 사람의 손과 다리와 똑같은 외형과 촉감 감각을 절단 환자들에게 제공할 수도 있다는 기대다.

김정 교수는 “현재 기술보다 월등한 사람의 피부감각 혹은 촉각의 성능에 비견할 만한 기술을 구현한 데 큰 의의가 있다”고 밝혔다.

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전자 혀(인공 혀)

(UNIST) 연구진이 떫은맛을 감지할 수 있는 '인공(전자) 혀'를 개발했습니다.

고현협 에너지 및 화학공학부 교수팀은 미세한 구멍이 많은 고분자 젤 을 이용해 떫은맛을 감지하는 전자 혀를 개발했다고 8일 밝혔습니다.

이 고분자 젤은 혀점막 단백질 역할을 하는 '뮤신'과 염화리튬 이온을 포함하고 있으며, 미세한 구멍이 아주 많습니다.

단맛과 짠맛이 혀 돌기 속 미뢰로 맛을 감지하는것과 달리, 떫은 맛은 일종의 통증, 즉 압각으로 타닌과 같은 '떫은맛 분자'가 혀 점막 단백질과 결합해 만들어지는 물질(응집체)이 점막을 자극(압력)하고, 인체는 이를 떫은맛으로 인식하는 것입니다.

제작이 간편하고, 분석을 위한 복잡한 시편 준비 과정이 없어 식품·주류 산업뿐 아니라 농업 등 다양한 분야에 적용할 수 있을 것"이라고 기대했습니다.

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울산과학기술원(UNIST) 연구진이 떫은맛을 감지할 수 있는 '인공(전자) 혀'를 개발했다.

고현협 에너지 및 화학공학부 교수팀은 미세한 구멍이 많은 고분자 젤을 이용해 떫은맛을 감지하는 전자 혀를 개발했다고 8일 밝혔다.

사람의 맛 감지 원리를 모방한 이 전자 혀는 떫은맛을 정량적으로 표현할 수 있어 각종 식품과 주류 개발, 과수 모니터링 분야 등에 폭넓게 응용될 것으로 기대된다.

와인이나 덜 익은 과일을 먹으면 입안이 텁텁해지는 떫은맛을 느낄 수 있다.

타닌과 같은 '떫은맛 분자'가 혀 점막 단백질과 결합해 만들어지는 물질(응집체)이 점막을 자극(압력)하고, 인체는 이를 떫은맛으로 인식하는 것이다.

반면에 단맛이나 짠맛은 혀 돌기 속 미뢰(맛 감지 세포 덩어리)가 감지한다.

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과학기술정보통신부(장관 유영민)는 한창수 고려대학교 교수 연구팀이 인체의 감각기관을 원형에 가깝게 모사해 전원 없이 작동하는 초정밀 인공피부센서를 개발했다고 26일 밝혔다.

인공피부센서란 외부의 물리적인 접촉에 의해 전달되는 압력·진동·터치 등을 측정하는 센서를 말한다.

최근 의료·자동차·항공·가전·환경 등의 다양한 분야에 활용되는 고민감 센서에 대한 관심이 높아지고 있다. 하지만 현재까지 개발된 고민감 센서는 낮은 감도와 높은 구동전력 등의 문제를 가지고 있다.

연구팀은 기존 실리콘 기반의 감지소자에서 발견되는 단점을 극복한 새로운 패러다임의 무전원 인공피부센서를 개발했다.

외부 자극을 동력원으로 이용하는 무전원 이온채널소자를 구현했다. 또 빠른적응과 느린적응의 두 가지 신호유형을 동시에 얻음으로써 보다 정확하게 촉각 자극을 인지했다.

빠른적응은 자극이 시작된 시점과 끝나는 시점에서만 반응신호가 발생하는 특성이며 느린적응은 자극이 시작돼서 끝나는 시점까지 연속적으로 반응신호가 발생하는 특성을 말한다.

이러한 센서의 특성을 활용해 혈압, 심전도, 물체 표면의 특징, 물건의 접촉 상황 인지, 점자의 구별 등 인체피부의 정밀한 감각을 유사하게 구현했다.

한창수 교수는 "기존 실리콘 기반 방식과 다른 새로운 패러다임의 센서"라며 "로봇 피부 성능 개발·개선에 기여하는 등 다양한 산업분야에 적용될 것"이라고 말했다.

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인간은 기본적으로 수용기로 감각을 받아 뇌로 전달한다. 이 수용기를 인공적으로 개발하기 위해서는 인간이 감각기관에 대해서 제대로 알아야하지만 복잡한 기관으로 인해 큰 어려움이 있다. 하지만 KAIST 바이오 및 뇌공학과 박성준 교수팀이 고려대학교 천성우 교수와 한양대학교 김종석 교수와 함께 인간 피부-신경 모사형 인공 감각 인터페이스 시스템을 개발했다.
이 시스템은 나노입자 기반으로 복합 촉각 센서를 제작해 실제 신경 패턴에 기반한 신호 변환 시스템과 연결하여 인공 감각 인터페이스 시스템을 구현하였다.
박성준 교수 연구팀은 압전재료 및 압전 저항성 재료의 조합으로 이루어진 전자 피부를 제작했냈다. 이 센서는 나노입자의 적절한 조합을 통해 피부 내의 압력을 감지하는 늦은 순응 기계적 수용기와 진동을 감지하는 빠른 순응 기계적 수용기를 동시에 모사할 수 있다는 특징을 가지고 있다.

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최근 과학자들이 앞을 못 보는 사람들을 위한 인공 눈을 개발해 주목을 끌고 있다. 홍콩과학기술대학 전기정보공학과 지용 판 교수팀이 사람 눈의 망막 구조를 모방한 ‘인공 눈’을 만든 것. 이 인공 눈은 빛에 민감하고, 반응 시간 또한 사람 눈보다 더 빠르다. 사람의 눈과 대등한 성능을 가진 인공 눈 개발은 망막이나 수정체가 망가져 시력을 잃은 사람들에게 희소식이다.

판 교수팀은 기상증착법이란 기술을 이용해 그동안 모방하기 어려웠던 망막의 형태와 구조를 실제와 비슷하게 제작했다. 기상증착법이란 원하는 물질이 든 재료를 반응기 안에 넣어 분해시킨 다음 화학반응을 통해 원하는 형태를 만드는 기술이다. 연구팀은 광수용체를 만들 소재로 차세대 태양전지에 활용되는 신소재인 페로브스카이트를 선택했다. 페로브스카이트는 독특한 결정 구조를 가진 반도체 물질을 통틀어 부르는 말이다. 빛을 전기로 바꾸거나 반대로 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있다. 색재현성이 뛰어나 빛을 선명하게 인식하고 제조 공정도 간단하다.

하지만 현재 개발된 인공눈은 외부 전원이 필요하다. 연구팀은 자급자족 방식으로 소형 태양전지를 활용해 나노선에 전기를 공급하는 기술도 개발하고 있다.

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보청기는 난청이 있는 사람들에게 소리를 증폭해서 잘 들을 수 있도록 도와주고 더불어 소리 자극을 통해 청신경을 재활시켜주는 의료기기이다. 단순하게 소리만 올려주는 아날로그 보청기와 각 주파수별로 조절기를 따로 두어 세밀하게 조절할 수 있는 디지털보청기, 더불어 착용자의 변화되는 환경을 감지하여 보청기 스스로 소리조절을 달리하는 인공지능 기술이 탑재된 보청기까지 나와있는 상황이다. 현재의 보청기들은 착용자의 환경을 감지하여 편안하게 변환을 하는 기술력을 이용해 소리를 듣기 때문에 일상에서 더욱 편안하고 또렷하게 소리를 들을 수 있게 되었다.
보청기의 소리 경로로는 마이크->앰프->스피커로 되어있으며 앰프에서 만들어진 전기신호는 스피커를 통해 우리가 들을 수 있는 소리신호로 변환된다.

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울산과학기술원 연구진들이 미세한 구멍이 많은 고분자 젤을 이용해 떫은맛을 감지하는 전자 혀를 개발했다. 와인이나 덜 익은 과일을 먹으면 입안이 텁텁해지는 떫은맛을 느낄 수 있다. 사람의 맛을 감지하는 원리를 모방한 이 전자 혀는 떫은맛을 정량적으로 표현할 수 있다. 따라서 각종 식품과 주류 개발, 과수 모니터링 분야 등에 폭넓게 응용될 것으로 기대된다.
단맛이나 짠맛은 혀 돌기 속 미뢰(맛 감지 세포 덩어리)가 감지한다. 이미 개발된 단맛 등을 감지하는 전자 혀와는 달리, 떫은맛을 감지하려면 다른 원리로 작동하는 전자 혀 개발이 필요했다. 그런데 디른 원리로 작동하는 전자 혀를 울산과학기술원 연구진들이 개발을 한 것이다. 이 원리는 다음과 같다. 타닌과 같은 '떫은맛 분자'가 혀 점막 단백질과 결합해 만들어지는 물질(응집체)이 점막을 자극(압력)하고, 인체는 이를 떫은맛으로 인식한다.

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시신경 임플란트
망막은 다른 부위와 다르게 한번 손상되면 복구되지않는다. 그래서 한번의 사고로 인해 앞을 볼 수 없게된 사람들이 많다. 이러한 문제를 해결하기 위해 등장한것이 시신경 임플란트이다. 보통 임플란트는 손상된 치아 대신 인공 치아를 '끼우는' 것을 의미한다. 그래서 시신경 임플란트도 뇌에 시신경을 '끼우는' 기술이다. 눈에 카메라를 장착하고, 카메라를 통해 본 것을 시신경에 전기자극을 주어 뇌가 인식할수있게 하는것이다. 이렇게 말하면 복잡하므로 정리하자면,
1. 눈 대신 카메라가 물체를 본다.
2. 카메라가 본것을 전기신호로 보낸다.
3. 뇌에 연결해둔 시신경을 전기자극한다.
4. 시신경이 받은 자극을 뇌로 전달한다.
5. 뇌는 물체를 보았다고 인지한다.
이렇게 되는것이다. 기술이 발전하면 뇌에 더 많은 시신경을 연결할수있게되고, 그렇다면 더 잘 볼수 있게 될것이다.

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그리스 로마 신화에는 아르고스(Argos)라는 100개의 눈을 가진 거인이 등장한다. 눈이 많다 보니 얼굴에 달린 눈을 보지 못하게 만들어도 목과 다른 신체 부위에 형성된 다른 눈들을 통해 적의 움직임을 볼 수 있는 특징을 갖고 있다.

반면에 사람은 아르고스와 달리 눈이 2개 뿐이어서 양쪽 모두 실명하면 앞을 볼 수 없게 된다. 그러나 최근 들어 이러한 시각 장애를 가진 사람들에게도 서광이 비치고 있어 화제가 되고 있다. 첨단 과학기술의 도움을 통해 시각 장애를 가진 사람들도 사물을 인식할 수 있는 인공 눈 시스템이 개발되고 있는 것이다.
뇌 임플란트 형태의 인공 눈 시스템 이식
실명의 가장 큰 원인으로는 각종 사고나 합병증에 의한 망막 손상이 꼽힌다. 다른 신체조직과는 달리 망막은 재생이나 이식이 불가능한 신경조직이다. 따라서 망막에 손상이 일어나게 되면 시력을 잃을 가능성이 높아진다.

그런데 최근 들어 스페인의 과학자들이 망막이 손상되어 실명한 사람들도 주변 사물을 인식할 수 있도록 도와주는 인공 눈 시스템을 연구하고 있어 관심이 모아지고 있다. 연구가 성공한다면 망막 문제로 실명한 사람의 경우라도 가족을 보거나 풍경을 감상할 수 있는 기회가 생길 것으로 전망되고 있다.

인공 눈 시스템을 연구하고 있는 곳은 스페인 미구엘에르난데스대학의 연구진이다. 이들 연구진은 망막이 손상되어 지난 16년간 시각 장애를 갖고 살아온 57세의 여성을 대상으로 인공 눈 시스템의 성능을 파악하고 있다.

이번 실험이 특히 주목을 끈 이유는 인공 눈 시스템이 뇌에 이식하는 일종의 '뇌 임플란트(brain implant)'이기 때문이다. 임플란트라고 하면 일반적으로 치과에서 사용하는 '치아 대체용 인공 치아'를 떠올리기 쉽다. 치아가 빠졌거나 빼야 하는 등의 문제가 발생했을 경우, 비어있는 부위를 채우는 인공 치아를 임플란트라고 부르는 것이다.

그러나 원래의 임플란트가 가진 의미는 '심다' 혹은 '끼워 넣다'로서, 의료분야에서 많이 사용하는 용어다. 신체 조직이나 장기의 기능을 돕기 위한 보형물을 의미하기 때문에 임플란트 사용 부위는 신체의 모든 부분에 해당한다고 볼 수 있다.

인공 눈 프로젝트의 책임자이자 미구엘에르난데스대학의 교수인 '에두아르도 페르난데스 호버(Eduardo Fernández Jover)' 박사는 여성의 뇌에 96개의 미세 전극이 형성되어 있는 뇌 임플란트를 이식했다. 그리고 여성에게 카메라가 달린 안경을 씌운 뒤, 미세 전극에 자극을 주면서 게임기 화면에 보이는 불빛을 인지하는지를 관찰했다.

그 결과 이 여성은 지난 16년 거의 앞을 보지 못하고 살아왔음에도 불구하고 게임기의 화면에서 반짝이는 불빛을 감지하는 데 성공했다. 카메라가 달린 안경이 일종의 인공 망막 역할을 한 셈이다.

이에 대해 호버 박사는 "안경을 통해 들어온 빛은 전기 신호로 바뀐 뒤 미세 전극이 형성되어 있는 뇌 임플란트에 자극을 준다"라고 설명하며 "그런 과정을 계속 반복하여 훈련하면 시각 장애인도 특정 물체의 모양이나 윤곽을 식별할 수 있다"라고 밝혔다.

그렇다면 인공 눈으로 물체의 모양이나 윤곽을 좀 더 명확하게 파악하려면 어떻게 해야할까. 이같은 궁금증에 대해 연구진은 뇌에 삽입하는 전극의 개수가 증가할수록 해상도도 늘어난다고 설명했다.

사람에게는 100개 미만의 전극이 형성된 뇌 임플란트를 심은 것이 최대이지만, 원숭이를 대상으로 한 실험에서는 1,000개의 전극이 형성된 뇌 임플란트를 삽입하는 실험까지도 성공한 것으로 나타났다.

이와 관련하여 호버 박사는 "원숭이 뇌에 1,000개까지 뇌 임플란트를 삽입하는 데 성공했지만, 사람에게 직접 테스트하는 것은 어떤 부작용이 발생할지 모르기 때문에 아직 시기상조라고 할 수 있다"라고 밝혔다.
부작용 적은 시신경 임플란트도 개발
뇌 임플란트를 활용한 인공 눈 시스템은 그 가능성에도 불구하고 상당히 조심스럽게 추진되고 있다. 뇌에 이식한 임플란트에 직접적으로 전기 자극을 주는 만큼, 생각지도 못한 부작용이 발생할 수도 있기 때문이다.

따라서 이에 대한 대안으로 시신경을 자극하는 임플란트가 주목받고 있다. 시신경에 전기 자극을 제공하여 뇌가 시신경이 보내는 신호를 받는 것처럼 위장하는 것이 시신경 임플란트의 기본 원리다. 시신경이 보고 있는 장면을 뇌에 보내는 신호로 파악한 다음, 이를 그대로 시신경에 전달하면 뇌가 실제 보는 것처럼 느낄 수 있는 것이다.

시신경 임플란트를 연구하고 있는 곳은 스위스 로잔공대의 생명공학부 소속 연구진이다. 이들 연구진은 과거 시신경 임플란트를 통해 실명한 토끼의 시력을 일부 회복시키는 데 성공했다. 현재 수준은 빛을 분간하는 정도이지만, 시신경을 자극하는 전기적 신호의 강도에 따라 물건의 모양까지 파악할 수 있을 것으로 연구진은 기대하고 있다.

물론 시신경 임플란트도 장점만 있는 것은 아니다. 시신경 임플란트의 경우 시신경에 붙이는 형태로 제작되는 만큼, 시신경 전체를 자극할 수 없다는 단점을 갖고 있다. 시신경 전체를 자극하지 못하면, 보고 있는 장면을 재현하는 데 한계가 있을 수밖에 없다.

이같은 문제를 해결하기 위해 연구진은 12개의 전극이 시신경을 통과한 후 전류를 흘릴 수 있도록 설계했다. 특히 토끼의 시신경에 임플란트를 이식한 후, 자극 횟수를 조절하여 시신경이 현실에서 볼 때와 유사한 전기자극을 받을 수 있도록 개발했다.

물론 임플란트에 최대로 전기 자극을 넣을 수 있는 규모가 60개 정도인데, 이 정도로는 시력을 완전히 회복하기란 불가능하다. 하지만 빛의 여부나 물체의 윤곽 정도만이라도 파악할 수 있다면 시각 장애인들의 일상생활에 도움을 줄 수 있다는 것이 연구진의 의견이다.

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국내외 과학기술동향, 정책, 문화 등 과기계 이슈 정보 제공. 매주 금요일 뉴스레터 발송

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유니스트 연구진이 떫은맛을 감지하는 전자혀를 개발했다. 떫은맛은 사실 혀의 미각기관인 미뢰가 느끼는 본래의 맛은 아니다. 미뢰가 느끼는 기본 맛은 단맛, 신맛, 짠맛, 쓴맛, 그리고 감칠맛 5가지다. 떫은맛은 미각이 아닌 입속 점막 같은 피부조직이 자극을 받아 느끼는 피부감각이다. 따라서 떫은맛을 감지하는 전자 혀는 단맛 등을 감지하는 기존의 전자 혀와는 다른 원리로 작동해야 한다. 유니스트 에너지 및 화학공학부의 고현협 교수팀은 ‘미세한 구멍이 많은 고분자 젤’을 이용해 이 문제를 해결했다. 이 전자 혀는 떫은맛의 정도를 수치로 표현할 수 있어 식품, 주류, 과일 등의 품질 검사 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

연구진은 개발한 전자 혀로 떫은 맛을 감지하는 실험을 한 결과 떫은맛의 정도를 정량적으로 감별해내는 것을 확인했다. 고 교수는 “저렴하고 유연한 재료를 이용해 소형화된 전자 혀를 개발했다”며 “제작이 간편하고 분석을 위한 복잡한 준비 과정이 없어 식품, 주류, 농업 등 다양한 분야에 쓰일 수 있을 것”으로 기대했다.

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가짜 양주를 99% 감별해내는 '인공 혀'가 탄생했다. 12년산, 18년산 등 숙성연도도 척척 판별한다.

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스코틀랜드 글래스고대학교 연구팀이 서로 다른 위스키를 구별해내는 '인공 혀'를 개발했다. 연구에는 스트래스클라이드대학교 과학자도 참여했다.

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인공 혀는 신뢰할만한 수준이라고 한다. 실험 결과, 99% 정확도를 보였다.

인공 혀는 숙성 일의 차이도 놓치지 않는다. 12년산, 15년산, 18년산 위스키를 다른 위스키로 판단했다. 심지어 숙성 일이 동일해도 같은 통에서 숙성된 것이 아니라면 다른 위스키로 분류했다. 그만큼 미세한 맛의 차이를 느낀다는 말이기도 하다.
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인공 혀라고는 하지만, 생김새까지 모방해 제작하지는 않았다. 연구진은 금과 알루미늄을 이용해 작은 테스터기를 제작했다. 금과 알루미늄은 맛을 느끼는 감각 세포 역할을 하며 맛에 대한 풍부한 정보를 제공하고 빠르고 정확한 반응을 보인다.
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위스키 감별을 하려면 금과 알루미늄을 장착한 테스터기를 위스키에 잠기도록 한 뒤 금속이 빛을 어떻게 흡수하는지를 측정하게 된다. 테스터기에 표시된 것을 바탕으로 위스키의 종류를 구분한다.
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실험에는 위스키 브랜드인 글렌피딕(Glenfiddich), 글렌 마녹(Glen Marnoch), 라프로잉(Laphroaig)을 사용했다.
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연구에서는 위스키를 가지고 실험했지만 맛을 내는 다른 액체에도 기술을 적용해볼 수 있다.
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KIST, 고신뢰성 '인공 뉴런 소자' 개발

뉴런:뉴런은 눈·코·입·귀·피부 등 인간의 감각기관이 받아들이는 방대한 외부 자극을 일차적으로 ‘스파이크(spike) 정보’로 정제해 두뇌가 인지·학습·추론·예측·판단 등 복잡한 작업을 적은 에너지로도 신속하게 통합 수행하는 데 중요한 역할을 한다.

인공 뉴런소자의 원리:

1.KIST
KIST연구진은 2단자로 구성된 OTS(Ovonic Threshold Switch) 소자가 전압에 따라 저항 상태가 변하는 특성을 이용해, 입력 신호가 특정 세기를 넘을 때 스파이크 신호를 발생하는 뉴런의 동작을 흉내내는 인공 뉴런소자를 개발했다.

더 나아가 감각기관에 입력되는 방대한 데이터에서 빠르게 패턴을 찾아내 추상화하는 뉴런의 작동을 모사하기 위해 전압을 제어할 수 있는 3단자 OTS 소자를 개발했다.

또한 3단자 OTS 소자의 제3전극에 외부 자극을 전압으로 변환하는 센서를 연결함으로써 외부 자극에 따라 스파이크 신호의 형태가 달라지는 감각 뉴런소자를 구현했다.

실제로 연구진은 이 3단자 OTS 소자를 광전 변환 센서와 연결해 인체 감각기관의 정보처리 방식을 흉내 내는 인공시각 뉴런소자를 구현하는 데 성공했다.

이 뉴런소자를 두뇌의 시각 중추를 모사한 인공 신경망과 연결한 뒤 폐의 엑스레이 이미지를 학습시킨 결과, 86.5%의 정확도로 코로나19와 바이러스성 폐럼을 구별하는 것을 확인했다.

2.KAIST

한국과학기술원(KAIST) 최신현 전기및전자공학부 교수 연구팀은 인간의 뇌를 모사하는 '멤리스터 어레이'를 개발했다고 7일 밝혔다. '멤리스터'는 입력에 따라 소자의 저항 상태가 바뀌는 소자로, 입력 전압의 크기와 길이 등에 따라 소자 내부 저항값이 바뀌며 정보를 저장·처리한다.

인간의 뇌는 매우 적은 에너지로 많은 양의 데이터를 빠르게 처리할 수 있다. 이에 인간 뇌를 모사해 인공지능을 구현하는 '뉴로모픽 컴퓨팅' 연구가 활발한 가운데, 하나의 소자로 사람의 뉴런처럼 동작하는 '멤리스터'는 고효율의 차세대 '뉴로모픽 시스템'에 쓰일 소자로 주목 받는다.

하지만 기존 멤리스터는 저항 변화를 일으키는 필라멘트  절연체 내부에서 저항 변화를 일으키는 전도성 필라멘트가 마치 번개와 같이 무작위적으로 생성되고 사라지며 동작하기 때문에 제어하기 힘들어 신뢰성이 낮아 응용에 사용하기 위한 어레이 형태 제작이 힘들어 안전성과 수율 문제점이 존재했다.

최 교수 연구팀은 불안정한 필라멘트 방식 대신, 산소 이온의 점진적인 이동을 이용해 저항 변화 소자를 구현했다.필라멘트의 무작위 형성과 붕괴가 없어 높은 신뢰성을 보였다. 자가 정류 특성과 높은 수율도 장점이다. 이어 400개의 인공 뉴런 소자를 100% 수율의 크로스바 어레이 형태로 집적하는데 성공했다.

연구팀은 제작한 인공 뉴런 어레이 기반 뉴로모픽 시스템을 이용해 항균성 단백질 아미노산 서열을 학습하고, 이를 바탕으로 새로운 항균성 단백질을 만들어내는 뉴로모픽 시스템을 구현했다.

인공 뉴런 활용법:

KAIST:개발된 소자는 뛰어난 안정성과 높은 수율을 바탕으로 차세대 멤리스터 기반 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템 구현에 기여할 것으로 기대된다. 또 축적 컴퓨팅 등 다양한 응용이 가능해 미래 전자공학의 기반이 될 것으로 전망된다.

KIST:인공감각 뉴런소자가 의료영상 진단시스템 개발, 맥박이나 혈압의 시계열 패턴 분석을 통한 급성 심장질환의 예측, 가청 주파수 바깥의 진동을 감지해 건축물 붕괴 사고나 지진, 쓰나미 등을 예방하는 초감각의 구현 등 생명·안전과 관련한 다양한 사회 문제 해결에 많은 기여를 할 것

출처:http://www.daejonilbo.com/news/articleView.html?idxno=2008120

https://www.sciencetimes.co.kr/news/%EC%A0%80%EC%A0%84%EB%A0%A5%C2%B7%EA%B3%A0%ED%9A%A8%EC%9C%A8-%EC%9D%B8%EA%B3%B5%EB%89%B4%EB%9F%B0%EC%86%8C%EC%9E%90-%EA%B0%9C%EB%B0%9C%EC%B0%A8%EC%84%B8%EB%8C%80-%EC%9D%B8%EA%B3%B5%EC%A7%80/

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연구팀은 우선 압전재료 및 압전 저항성 재료의 조합으로 이루어진 전자 피부를 제작했다. 이 센서는 나노입자의 적절한 조합을 통해 피부 내의 압력을 감지하는 늦은 순응 기계적 수용기(SA mechanoreceptor)와 진동을 감지하는 빠른 순응 기계적 수용기(FA mechanoreceptor)를 동시에 모사할 수 있다는 특징을 가지고 있다. 해당 센서를 통해 생성된 전위는, 연구팀이 제작한 회로 시스템을 통해 실제 감각 신호와 같은 형태의 패턴으로 변환된다. 이때 생체 내 상황을 최대한 모사하기 위해, 실제 감각신경을 추출, 다양한 감각에 의한 신호를 측정하여 함수화하는 방법이 사용됐다.

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첨단 과1학 기술이 발달하면서 감각중에서도 촉감의 과학기술이 크게 발전했다. 우리의 몸은 뇌와 연결되어있기에 감각을 느끼면 그 부위는 물론 뇌도 크게 변화를 한다. 촉감중에서는 뜨거움, 차가움, 따가움, 부드러움, 거칠함,... 등을 느낄수 있는데 그중 차가움, 뜨거움, 따가움은 촉감중에서도 피부에 닿으면 통증을 느낄수 있는 감각인데 이러한 통증 감각은 뇌에게도 큰 영향을 줄수도 있을것이다.

이러한 안좋은 영향을 막기위해 촉감을 느끼는 피부에다가 Sub-mm를 붙이는데 촉감에 대해 여러가지 연구 및 반응이 된다. 특히 피부에는 세포가 있는데 그 세포가 변화를 하면서 뇌한테 연결이 되는것이다.
특히 Sub-mm가 세포가 안좋은 영향을 받는것을 막아주고, 여러가지 효과를 가지고 있다

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개개인마다 다를수있는 맛의 표현을 개관적으로 정량화하는데 도움이 될 '전자 혀'가 개발되어 화제가 되고있다.

울산과학기술원 에너지 화학공학부의 고현협  교수팀은 미세한 구멍이 많은 고분자젤을 사용하여 떯은맛을 감지하는 '전자 혀'를 개발하였다고 2020년 6월 8일에 밝혔다.

인체의 맛 감지 원리를 모방하여 만든 전자 혀는 떯은맛을 정량적으로 표현할수있어서 각종 식품 주류개발사업및 과수 모니터링 분야등 폭 넓게 응용이 가능할것으로 기대되고 있다.

참고로 떯은 맛은 인간 혀의 미각기관이 미뢰가 느끼는 다섯가지 기본맛이 아니라 기계적 수용체를 통해 느끼는 압각으로 매운맛처럼 엄밀한 의미의 맛은 포함되지 않는다.

(생략)

단맛이나 짠맛은 전자혀의 미뢰가 감지하는데 떫은맛을 감지할려면 이미 개발된 단맛등을 감지하는 전자혀와는 다른 원리로 개발해야한다고 밝혔습니다.

이 전자혀는 혀 점막에서 일어난 떫은 맛 감지 원리를 모방하여 만들었다.이 고분자 젤이 혀 점막 단백질 역할을 하는 뮤신과 염화리튬이온을 포함하고있다.이 미세한 구멍이 많은 물질을 가지고 전자 혀를 만든것이다.

뮤신은 아령모양의 단백질로 인체내에서 윤활 점액층으로 기능한다.뮤신 떯은맛을 분자외 결합하면 미세구멍안에 소수성 응집체 네트워크가 만들어지는데 이 염화리튬이온의 움직임 정도(전도성)을 변화시켜 떯은맛을 전기적 신호로 검출할수있게 된다.

인체에서 혀로 맛을 느낄 수 있듯이 전자 혀는 지방질 막으로 된 센서로 된 배열기구이다. 지방질 막으로 채널전극에 연결하고 표준전극과의 전압차이를 측정할수있다.이를 통해 맛을 느낄수 있고 다른 분야로 응용하면 독극성 물질이나 잘 드러나지 않은 물질에서 어떤 성분이 있는지 알수있고,
품질관리와 적합성 판단에 응용된다.또한 폐광에 지하수검사와 같은 복잡한 작업에서도 사용할수있다고 합니다.

떫은맛은 기본적인 맛이 아니라 피부적인 감각적인 부분에서 나는것인데 이 미세한 감각이도 전자혀로 구현할수있게 개발하였다.

https://m.post.naver.com/viewer/postView.naver?volumeNo=31949650&memberNo=48116510&vType=VERTICAL

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인간 10배 수준...떫은 맛 감지 ‘전자 혀’ 개발

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[BY 케미컬뉴스] UNIST 에너지 및 화학공학부 고현협 교수 연구팀인간 10배 수준으로 검출 가능 [연구…

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실제 감각은 없이 외형적으로 보여주기만 했던 의족과 달리 가상현실인 메타버스 기반의 인공 피부를 적용한 현실감 있는 촉각 구현이 가능한 시대가 개막될 전망이다.

KAIST 바이오 및 뇌공학과 박성준 교수 연구팀이 고려대학교 천성우 교수와 한양대학교 김종석 박사 공동 연구팀과 함께 인간 피부-신경 모사형 인공 감각 인터페이스 시스템을 개발해 화제다.

화상 환자를 위해 가상/증강 현실과 메타버스(MetaVerse) 기술을 적용한 인공 피부와 로봇형 의수/의족 등에 사용될 수 있는 인공 감각 시스템은 구현해야 할 원리와 시스템의 복잡성 때문에 실제 감각기관처럼 만들기 어려운게 현실이다.

무엇보다 사람은 다양한 유형의 촉각 수용기를 통해 정보를 조합, 촉각을 감지하는 만큼 완벽한 인공감각 시스템 구현이 어렵다는게 정설이다.

이를 감안한 연구팀은 문제 해결을 위해 나노입자 기반의 복합 촉각 센서를 제작하고 실제 신경 패턴에 기반한 신호 변환 시스템과 연결하는 방법을 사용했다.

연구팀은 이 두 가지 기술 조합을 통해 인간의 촉각 인식 프로세스를 최대로 모방하는 인공 감각 인터페이스 시스템 구현에 성공했다.

이에 따라 연구팀은 제작한 회로 시스템을 통해 실제 감각 신호와 같은 형태의 패턴으로 변환되며 이때 생체 내 상황을 최대한 모사하기 위해 실제 감각신경을 추출하고 다양한 감각에 의한 신호를 측정해 함수화하는 방법이 사용됐다.

연구팀은 해당 시스템을 먼저 동물 모델에 적용했다. 아울러 인공 감각 시스템에서 발생한 신호가 생체 내에서 왜곡 없이 전달되며 근육 반사 작용 등 생체 감각 관련 현상들을 구현할 수 있다는 점을 확인했다.

특히 딥 러닝 기법을 통해 직물의 질감을 99% 이상 분류할 수 있을 뿐 아니라 학습된 신호를 기반으로 인간과 동일하게 예측할 수 있다는 점을 확인했다.

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뇌 임플란트 형태의 인공 눈 시스템 이식

스페인의 과학자들이 망막이 손상되어 실명한 사람들을 위한 뇌에 이식하는 일종의 ‘뇌 임플란트(brain implant) 인공 눈 시스템을 연구하고 있어 관심이 모아지고 있다. 이들 연구진은 망막이 손상되어 지난 16년간 시각 장애를 갖고 살아온 57세의 여성을 대상으로 인공 눈 시스템의 성능을 파악하고 있다. 인공 눈 프로젝트의 책임자인 호버 박사는 여성의 뇌에 96개의 미세 전극이 형성되어 있는 뇌 임플란트를 이식했다. 그리고 여성에게 카메라가 달린 안경을 씌운 뒤, 미세 전극에 자극을 주면서 게임기 화면에 보이는 불빛을 인지하는지를 관찰했다. 그 결과 이 여성은 지난 16년 거의 앞을 보지 못하고 살아왔음에도 불구하고 게임기의 화면에서 반짝이는 불빛을 감지하는 데 성공했다. 카메라가 달린 안경이 일종의 인공 망막 역할을 한 셈이다. 안경을 통해 들어온 빛이 전기 신호로 바뀐 뒤 미세 전극이 형성되어 있는 뇌 임플란트에 자극을 주는 원리이며, 이러한 과정을 계속 반복하여 훈련하면 시각 장애인도 특정 물체의 모양이나 윤곽을 식별할 수 있을 것으로 예상된다.

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홍콩의 과학자들이 사람 눈의 망막 구조를 모방한 인공눈을 개발했다. 사람 눈을 모방한 인공눈을 개발한 건 처음은 아니지만 사람 눈 구조에 한층 가까워졌고 시력이 더 좋은 인공눈이 나온 건 처음이다.

지용 판 홍콩 과학기술대 교수 연구팀은 사람의 눈보다 10배 많은 광수용체를 담을 수 있는 인공눈을 개발했다고 국제학술지 네이처에 21일 공개했다.
눈은 사람이 개발한 가장 훌륭한 사진기라고 불릴 정도로 정교한 광학기구다. 두 눈으로 비교적 넓은 지역을 한번에 볼 수 있고 어두운 곳을 비추는 아주 실낱같은 빛도 잡아내는 민감성까지 갖췄다. 눈이 이런 능력을 가진 것은 망막 덕분이다. 망막은 안구벽의 가장 안쪽에 돔 형태의 얇고 투명한 막으로 약한 빛을 감지하는 감각세포인 광수용체가 들어있다. 망막 1제곱센티미터(㎠)당 들어있는 광수용체만 약 1000만개에 이른다.

판 교수팀은 기상증착법이란 기술을 이용해 그동안 모방하기 어려웠던 망막의 형태와 구조를 실제와 비슷하게 제작했다. 기상증착법이란 원하는 물질이 든 재료를 반응기 안에 넣어 분해시킨 다음 화학반응을 통해 원하는 형태를 만드는 기술이다. 연구팀은 광수용체를 만들 소재로 차세대 태양전지에 활용되는 신소재인 페로브스카이트를 선택했다. 페로브스카이트는 독특한 결정 구조를 가진 반도체 물질을 통틀어 부르는 말이다. 빛을 전기로 바꾸거나 반대로 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있다. 색재현성이 뛰어나 빛을 선명하게 인식하고 제조 공정도 간단하다.

연구팀이 개발한 인공눈은 지름 2cm로 속이 전기가 통하는 전도성 액체로 채워져 있다.  실제 사람 눈과 크기가 비슷하지만 빛을 감지하는 속도가 더 빠르다. 인공눈은 30~40 밀리초(1000분의 1초)만에 빛을 감지하는 반면 사람 눈은 40~150 밀리초가 소요된다. 최대 5배 가량 인식 속도가 빠른 셈이다.

연구팀이 만든 인공망막은 1 나노미터(nm·10억분의 1m) 수준의 페로브스카이트 나노선 3개로 구성된다. 나노선 하나는 광수용체 하나의 역할을 한다. 연구팀은 “인공눈은 나노선 3개만으로도 가로세로 2mm짜리의 알파벳 ‘E’와 ‘I’, ‘J’를 인지했다”며 “이 기술을 적용하면 사람이 가진 광수용체 수보다 10배가 더 많은 나노선 광수용체를 넣을 수 있다"고 밝혔다.

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홍콩의 과학자들이 사람 눈의 망막 구조를 모방한 인공눈을 개발했다. 사람 눈을 모방한 인공눈을 개발한 건 처음은 아니지만 사람 눈 구조에 한층 가까워졌고 시력이 더 좋은 인공눈이 나온 건 처음이다.

지용 판 홍콩 과학기술대 교수 연구팀은 사람의 눈보다 10배 많은 광수용체를 담을 수 있는 인공눈을 개발했다고 국제학술지 네이처에 21일 공개했다. 눈은 사람이 개발한 가장 훌륭한 사진기라고 불릴 정도로 정교한 광학기구다. 두 눈으로 비교적 넓은 지역을 한번에 볼 수 있고 어두운 곳을 비추는 아주 실낱같은 빛도 잡아내는 민감성까지 갖췄다. 눈이 이런 능력을 가진 것은 망막 덕분이다. 망막은 안구벽의 가장 안쪽에 돔 형태의 얇고 투명한 막으로 약한 빛을 감지하는 감각세포인 광수용체가 들어있다. 망막 1제곱센티미터(㎠)당 들어있는 광수용체만 약 1000만개에 이른다.

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홍콩의 과학자들이 사람 눈의 망막 구조를 모방한 인공눈을 개발했다. 사람 눈을 모방한 인공눈을 개발한 건 처음은 아니지만 사람 눈 구조에 한층 가까워졌고 시력이 더 좋은 인공눈이 나온 건 처음이다. 연구팀이 개발한 인공눈은 지름 2cm로 속이 전기가 통하는 전도성 액체로 채워져 있다.  실제 사람 눈과 크기가 비슷하지만 빛을 감지하는 속도가 더 빠르다. 인공눈은 30~40 밀리초(1000분의 1초)만에 빛을 감지하는 반면 사람 눈은 40~150 밀리초가 소요된다. 최대 5배 가량 인식 속도가 빠른 셈이다.

연구팀이 만든 인공망막은 1 나노미터(nm·10억분의 1m) 수준의 페로브스카이트 나노선 3개로 구성된다. 나노선 하나는 광수용체 하나의 역할을 한다. 연구팀은 “인공눈은 나노선 3개만으로도 가로세로 2mm짜리의 알파벳 ‘E’와 ‘I’, ‘J’를 인지했다”며 “이 기술을 적용하면 사람이 가진 광수용체 수보다 10배가 더 많은 나노선 광수용체를 넣을 수 있다"고 밝혔다.

현재 개발된 인공눈은 외부 전원이 필요하다. 연구팀은 자급자족 방식으로 소형 태양전지를 활용해 나노선에 전기를 공급하는 기술도 개발하고 있다.

앞서 마이클 맥알파인 미국 미네소타대 기계공학과 교수팀은 지난 2018년 3D프린터로 광수용체를 쌓아올려 반구 모양의 인공눈을 개발했다. 연구팀은 유리로 된 반구 모양의 돔에 반도체 고분자 물질을 쌓아 올렸다. 당시 이 물질은 빛을 전자신호로 바꿔 광수용체와 같은 역할을 한 것으로 분석됐다. 다만 실제 광수용체만큼의 세밀한 구조를 구현하지 못했다. 판 교수는 “사람의 눈을 모방한 인공 눈을 개발할 수 있다는 것을 증명했다”며 “과학기구나 전자제품, 로봇 등에 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

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홍콩의 과학자들이 사람 눈의 망막 구조를 모방한 인공눈을 개발했습니다.사람 눈을 모방한 인공눈을 개발한 건 처음은아니지만 사람 눈 구조에 한층 가까워졌고 시력이 더 좋은 인공눈이 나온 건 처음이었습니다. 판 교수팀은 기상증착법이란 기술을 이용해 그동안 모방하기 어려웠던 망막의 형태와 구조를 실제와 비슷하게 제작했습니다.기상증착법이란 원하는 물질이 든 재료를 반응기 안에 넣어 분해시킨 다음 화학반응을 통해 원하는 형태를 만드는 기술입니다.연구팀은 광수용체를 만들 소재로 차세대 태양전지에 활용되는 신소재인 페로브스카이트를 선택했습니다. 페로브스카이트는 독특한결정 구조를 가진 반도체 물질을 통틀어 부르는 말이다. 빛을 전기로 바꾸거나 반대로 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있다. 색재현성이 뛰어나 빛을 선명하게 인식하고 제조 공정도 간단하다.http://m.dongascience.com/news.php?idx=36850

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2016년 대한민국 연구진들이 사람보다 맛에 '1만배' 민감한 바이오 전자혀를 만들었다. 인간의 혀와 맛을 내는 물질이 만나 전기신호가 발생하고, 이 전기신호를 뇌로 전달하는 과정을 모방해 미각을 구현했다. 유전공학적 방법을 사용해 인간의 혀에 있는 것과 동일한 미각수용체를 만들고, 전기가 잘 통하는 나노소자에 연결했는데, 이렇게 만들어진 전자혀는 사람보다 정확하게 쓴맛, 단맛 감칠맛을 감지해냈다.

사람같지만, 사람보다 나은 전자혀는 21세기 산업계의 새로운 발전을 예고한다. 바이오 전자혀를 개발한 연구진은 이 기술이 앞으로 감미료와 조미료 성분을 찾는데 쓰일수있다고 말하였다. 또 객관적으로 맛을 판단하고, 수치로 표현해 정량화하는 전자혀의 기능은 더 다양한 분야에서 응용이 가능하다. 예를 들어 사람의 혀가 맛을 시험 할 수 없는 독성물질이나 비위생적인 물질에도 사용이 가능하다.

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눈은 사람이 개발한 가장 훌륭한 사진기라고 불릴 정도로 정교한 광학기구다. 두 눈으로 비교적 넓은 지역을 한번에 볼 수 있고 어두운 곳을 비추는 아주 실낱같은 빛도 잡아내는 민감성까지 갖췄다. 눈이 이런 능력을 가진 것은 망막 덕분이다. 망막은 안구벽의 가장 안쪽에 돔 형태의 얇고 투명한 막으로 약한 빛을 감지하는 감각세포인 광수용체가 들어있다. 망막 1제곱센티미터(㎠)당 들어있는 광수용체만 약 1000만개에 이른다.

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인간의 눈은 다양한 굴절 수단을 갖춘 해부학적 구조로 그중 가장 중요한 수단은 바로 수정체이다. 수정체의 기능에 변화가 발생하면 눈에 띄는 시력 문제나 다른 안구 증상이 나타날 수 있다. 이러한 구조에 영향을 미칠 수 있는 질병은 여러 가지로, 가장 빈번한 문제는 백내장이다. 백내장은 다양한 크기의 수정체에 혼탁이 발생하는 문제이다. 1950년대 백내장으로 인해 시야가 어두워진 사람들은 치료의 희망 없이 서서히 장님이 되어갔지만 오늘날에는 단지 30분간의 수술로 10대였을 때의 시력을 회복할 수 있다. 영국의 안과 의사인 해롤드 리들리(1906~2001)는 이러한 획기적인 기술 발전에 기여한 사람이다. 제2차 세계대전 중 리들리는 조종석의 퍼스펙스 파편이 눈에 박힌 조종사를 치료하면서 퍼스펙스의 파편이 눈에 합병증을 일으키지 않는다는 것을 알아냈다. 또한 가벼움과 시력을 돕는 특성 덕분에 퍼스펙스가 상처 입은 눈을 위한 대체 렌즈를 만드는 데 이상적인 물질임을 증명했다. 그는 이 정보를 광학 과학자인 존 파이크에게 알려주었으며 후에 파이크는 리들리가 최초의 인공수정체를 설계하고 제작하는 데 도움을 주었다. 리들리는 1949년 45세 여성에게 인공 수정체를 이식하는 수술을 수행하였다.인공 수정체가 획기적인 기술 발전을 가져왔음에도 불구하고, 당시 의사들은 인공 수정체를 사용한 수술을 인정하지 않았다. 이전의 안과 의사들은 각막에 물이나 안구의 종양과 같은 물질만을 제거했을 뿐 결코 어떠한 물체도 안구에 삽입하지 않았다. 이러한 안과 의사들의 비웃음에도 불구하고 끝까지 자신의 견해를 피력한 끝에 마침내 리들리의 천재성은 인정되었다. 인공 수정체는 안과학 실습에 일대 변화를 일으켰으며 의료 부문에서 인공 장치의 삽입을 연구하는 데 도움을 주었다.

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인공 혀는 뇌졸중 등으로 구강 기능이 저하된 환자들을 위한 기술로, 작은 실리콘 패드와 전극으로 이루어져 있습니다. 이 기술은 환자들이 식사와 음식을 맛볼 수 있도록 돕습니다. 인공 혀는 현재 실험 단계이며, 더 많은 연구와 개발이 필요합니다. 인공 혀는 환자들이 다양한 음식을 맛볼 수 있도록 돕고, 구강 및 소화 기능의 회복을 촉진할 수 있습니다. 이러한 기술의 발전으로 더 많은 사람들이 풍부하고 건강한 식습관을 유지할 수 있을 것으로 기대됩니다.

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홍콩의 과학자들이 사람 눈의 망막 구조를 모방한 인공눈을 개발했다. 사람 눈을 모방한 인공눈을 개발한 건 처음은 아니지만 사람 눈 구조에 한층 가까워졌고 시력이 더 좋은 인공눈이 나온 건 처음이다.

지용 판 홍콩 과학기술대 교수 연구팀은 사람의 눈보다 10배 많은 광수용체를 담을 수 있는 인공눈을 개발했다고 국제학술지 네이처에 21일 공개했다.

눈은 사람이 개발한 가장 훌륭한 사진기라고 불릴 정도로 정교한 광학기구다. 두 눈으로 비교적 넓은 지역을 한번에 볼 수 있고 어두운 곳을 비추는 아주 실낱같은 빛도 잡아내는 민감성까지 갖췄다. 눈이 이런 능력을 가진 것은 망막 덕분이다. 망막은 안구벽의 가장 안쪽에 돔 형태의 얇고 투명한 막으로 약한 빛을 감지하는 감각세포인 광수용체가 들어있다. 망막 1제곱센티미터(㎠)당 들어있는 광수용체만 약 1000만개에 이른다.

판 교수팀은 기상증착법이란 기술을 이용해 그동안 모방하기 어려웠던 망막의 형태와 구조를 실제와 비슷하게 제작했다. 기상증착법이란 원하는 물질이 든 재료를 반응기 안에 넣어 분해시킨 다음 화학반응을 통해 원하는 형태를 만드는 기술이다. 연구팀은 광수용체를 만들 소재로 차세대 태양전지에 활용되는 신소재인 페로브스카이트를 선택했다. 페로브스카이트는 독특한 결정 구조를 가진 반도체 물질을 통틀어 부르는 말이다. 빛을 전기로 바꾸거나 반대로 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있다. 색재현성이 뛰어나 빛을 선명하게 인식하고 제조 공정도 간단하다.

연구팀이 개발한 인공눈은 지름 2cm로 속이 전기가 통하는 전도성 액체로 채워져 있다. 실제 사람 눈과 크기가 비슷하지만 빛을 감지하는 속도가 더 빠르다. 인공눈은 30~40 밀리초(1000분의 1초)만에 빛을 감지하는 반면 사람 눈은 40~150 밀리초가 소요된다. 최대 5배 가량 인식 속도가 빠른 셈이다.

연구팀이 만든 인공망막은 1 나노미터(nm·10억분의 1m) 수준의 페로브스카이트 나노선 3개로 구성된다. 나노선 하나는 광수용체 하나의 역할을 한다. 연구팀은 “이 기술을 적용하면 사람이 가진 광수용체 수보다 10배가 더 많은 나노선 광수용체를 넣을 수 있다"고 밝혔다.

앞서 마이클 맥알파인 미국 미네소타대 기계공학과 교수팀은 지난 2018년 3D프린터로 광수용체를 쌓아올려 반구 모양의 인공눈을 개발했다. 연구팀은 유리로 된 반구 모양의 돔에 반도체 고분자 물질을 쌓아 올렸다. 당시 이 물질은 빛을 전자신호로 바꿔 광수용체와 같은 역할을 한 것으로 분석됐다. 다만 실제 광수용체만큼의 세밀한 구조를 구현하지 못했다. 판 교수는 “사람의 눈을 모방한 인공 눈을 개발할 수 있다는 것을 증명했다”며 “과학기구나 전자제품, 로봇 등에 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

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인체 감각기관의 정보처리 방식을 흉내내 방대한 데이터에서 빠르게 패턴을 찾아내는 뉴런 소자가 개발됐다. 맥박이나 혈압의 패턴 분석을 통해 급성 심장질환을 예측하거나 가청 주파수 바깥의 진동을 감지해 건축물 붕괴 사고, 지진, 쓰나미 등을 예방하는 데 활용 가능할 것으로 기대된다.

이수연 한국과학기술연구원(KIST) 인공뇌융합연구단 책임연구원팀은 이같은 뉴런 소자 개발에 성공했다고 6일 밝혔다.

뉴런은 눈과 코, 입, 귀, 피부 등의 감각기관이 받아들이는 외부 자극을 뇌에 쓰이는 정보로 처리하는 신경세포다. 방대한 양의 외부 자극에서 빠르게 패턴을 찾아내 뇌가 인지나 학습, 추론 등 복잡한 작업을 적은 에너지로도 처리하는 데 도움을 준다.

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인공와우란 청각신경에 전기적 자극을 주어서 대뇌청각중추에서 이를 소리로 인식할 수 있게끔 한다. 예를 들어 말소리를 전기적 신호로 바꿔서 달팽이관에 있는 청신경세포를 자극해 대뇌에 소리를 전달하여 듣게한다. 인공와우이식술은 보청기를 써도 도움을 받지 못하는 양측고도난청 환자들에게 유용한 청력을 제공한다.

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사람 눈보다 시력 좋은 인공눈 나왔다

지용 판 홍콩 과학기술대 교수 연구팀이 개발한 인공 눈의 모습. 사람의 눈보다 10배 많은 광수용체를 담을 수 있다. 네이처 제공

홍콩의 과학자들이 사람 눈의 망막 구조를 모방한 인공눈을 개발했다. 사람 눈을 모방한 인공눈을 개발한 건 처음은 아니지만 사람 눈 구조에 한층 가까워졌고 시력이 더 좋은 인공눈이 나온 건 처음이다.

지용 판 홍콩 과학기술대 교수 연구팀은 사람의 눈보다 10배 많은 광수용체를 담을 수 있는 인공눈을 개발했다고 국제학술지 네이처에 21일 공개했다.

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사람의 눈은 넓은 시야각과 높은 해상도를 갖고 있으며 빛에 매우 민감하게 반응한다는 특징을 갖고 있다. 이는 돔 형태의 망막과 1㎠당 1000만개가 넘는 광수용체 덕분이다. 로봇공학과 생체공학 분야에서 사람의 눈과 비슷한 인공 안구 개발 시도가 성공하지 못하고 있는 이유도 이런 망막의 형태와 복잡한 구조 때문이다.

지금까지 시도된 인공 안구는 환자의 눈에 인공 망막을 심고 이와 연결된 안경으로 망막 신경세포를 자극해 이미지를 볼 수 있게 하는 방식이 많았다. 또 사람의 눈과 비슷한 형태로 만든 것도 있기는 하지만 해상도가 떨어지거나 시야각이 좁고 내구성이 약하다는 문제가 있었다.

연구팀은 태양전지를 만들 때 활용되는 페로브스카이트라는 물질을 이용해 밀도가 높고 가벼울 뿐만 아
니라 더 정확하게 볼수있도록 보완했다.

이렇게 만든 인공눈은 알파벳 문자를 정확하게 인식할 수 있음을 연구팀은 확인했다. 이번에 만든 인공 눈은 개념증명장치이기 때문에 100픽셀 정도이며 픽셀당 3개의 나노와이어가 연결돼 있어 해상도가 낮았다. 그렇지만 연구팀은 나노와이어 밀도를 사람 눈에 있는 광수용체보다 최대 10배 이상 늘릴 수 있는 만큼 사람의 눈보다 높은 해상도를 가질 수 있다고 설명했다. SF에 등장하는 인공 안구처럼 사람의 눈보다 훨씬 우수하게 제작할 수 있다는 것이다.

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보청기는 보통 난청이 있거나 잘 안들리는 사람들이 사용한다. 잘 안들리는 소리를 크게 증폭하여 들리도록 고막에 전달하는 청력기기이다.

보청기의 원리는 소형 마이크 등으로 외부 음성을 모아 환자에 맞게 특정 주파수 음역대로 변환한 후 소리를 증폭하여 고막으로 전달하여 소리를 들을 수 있게 한다.

보청기의 기능은 방향성 마이크, 주파수, 음향센서서, 말소리 울림제거, 소음제어센서서, 무선블루통신 등이 있다. 최근에 전면뿐만 아니라 측면이나 후면에서 소리가 들릴 때 자동으로 보청기 방향성 마이크가 작동이 되어 소리를 들을 때 더 도움을 준다. 예를 들어 운전을 할 때 뒤에서 들리는 소리가 잘 안들릴 때 이 기능을 사용할 수 있다.

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전자눈 카메라의 원리는 빛을 감지하는 화학적 반응이 일어나고 그 후 전하가 생성됩니다.
전자눈 카메라는 이런  전하를 읽어서 이미지를 생성합니다.
또한 전자눈 카메라는 높은 감도와 해상도를 갖추고 있어 차세대 이미지 센서로 주목받고 있습니다.

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인공피부는 휴머노이드 로봇 또는 인체를 구현한 기계에 반드시 필요하다. 인공 피부는 인간의 감각을 모방하여 압력과 진동에 대해 뛰어난 민감도를 가지는 촉각센서가 필요하다.
대구경북과학기술원(DGIST)은 압력과 진동을 동시에 감지해 물체의 질감을 효과적으로 측정하는 새로운 인공피부 기반 촉각센서를 개발했다고 한다.
이러한 촉각 센서는 단순 압력과 온도 감지 기능을 갖춘 기존 센서와 달리, 압력과 진동 모두를 감지하거나 물체 표면 거칠기를 전기신호로 변환시켜 구분하는 등 물리적인 자극을 더 민감하게 감지한다.
이 센서는 사고로 피부이식이 필요한 환자들에게 원래 피부처럼 감각을 느낄 수 있게 인공피부 이식을 해주거나, 사람과 유사한 피부를 가진 기계를 만드는 등 관련 분야에 큰 영향을 줄 것이다.

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보청기의 작동원리 보청기의 작은 구멍을 통해 마이크로폰으로 들어간 소리는 보청기 내부의 증폭기를 통해 그 크기가 증폭되어 리시버(일종의 스피커)를 통해 보청기 밖으로 나와 사용자의 외이도로 돌아가게 됩니다. 보청기는 작은 건전지로부터 전원을 공급받습니다

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회사 ICT는 시각, 청각, 촉각뿐만 아니라 최근 미각과 후각에도 도전하는 기술을 선보이는 중이다. 혀나 코 같은 인간의 감각기관을 미세한 전기로 자극해 특정 음식을 먹거나 냄새를 맡는 것처럼 착각하게 하는 신기술이다. 최근 말레이시아의 한 연구소에서 이미지니어링을 통해서 디지털 냄새, 즉 가짜 냄새를 개발하였다. 그리고 한 일본의 메이지대학의 교수인 미야시타 요시아키 교수는 맛을 만드는 기술을 발명하기도 하여 압전효과를 이용해서 계속히여 오래 씹어도 향이 사라지지 않은 전기껌을 발명해내었다. 압전효과는 물체의 형태가 바뀔 시 전류를 생산하며 전류를 흘리게 되면 물체의 형태가 변하였다. 이렇게 점점 발전히여 연구하면서 연구진들은 플라스틱 필름, 전기 포크와 같은 것을 개발하여 많은 당뇨병 환자들이 혈당을 신경쓰지 않고 단맛을 볼 수 있다는 장점이 있습니다.

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https://n.news.naver.com/article/277/0005262723?sid=105
미국 스탠퍼드대의 제넌 바오 교수 연구팀은 지난 18일(현지 시각) 국제 과학 전문 매체 사이언스(Science)에 이같은 전자 피부(e-skin) 기술 관련 논문을 게재했다. 연구팀은 손가락, 발가락, 팔다리를 찌르거나 뜨거운 물질에 닿았을때 느끼는 감각을 그대로 뇌에 전달할 수 있는 전자 피부를 개발했다.
->전신마비 또는 피부 손상, 의족ㆍ의수 착용 등의 환자들에게 인공적으로나마 감각을 느낄 수 있도록 도와줌

연구팀의 이번 연구 결과는 쥐를 대상으로 동물 실험한 결과 성공적으로 작동했다. 얇고 유연하며 센서가 내장된 전자 피부를 누르거나 뒤틀었을 때 쥐의 다리가 떨리도록 뇌 운동피질 특정 부위에 전자 신호를 보내는데 성공한 것이다.

인간의 피부는 각종 정보를 접하면 이를 감지해
전자 신호로 바꾼 후 뇌에 전달
이를 기능적으로 모방하는 것은 기존 고형 반도체와 집적회로로도 충분하다. 그러나 실제 인체의 피부나 장기 등에 적용하기 위해선 유연하고 얇은 소재가 필수다. 이미 개발된 것들이 있긴 하지만 대부분 웨어러블 장비에서 사용하기엔 안전하지 않은 높은 전압에서만 동작한다는 문제가 있었다. 연구팀은 이같은 문제를 해결하기 위해 낮은 전압에서도 동작하는 유연한 성질을 가진 반도체용 고분자 물질을 개발했다. 또 이를 사용해 피부처럼 얇고 부드러운 센서가 결합된 신축성있고 유연한 트랜지스터 어레이(array)를 만드는데 성공했다. 이 전자 피부에 장착된 센서는 온도의 변화나 압력 등 물리적 변화를 전자기파로 바꿔준다. 뿐만 아니라 신경세포 사이를 연결하는 시냅스(synapses)를 모방해 신경과 근육 사이에 전자 신호를 전달할 수 있는 장치도 포함돼 있다.
연구팀은 테스트를 위해 이 전자 피부와 쥐의 뇌에서 육제점 감각을 처리하는 부위인 체감각 피질(somatosensory cortex)을 연결했다. 이후 전자 피부를 자극해 인공 시냅스를 통해 전자 신호를 쥐의 좌골신경에 전달해 다리를 떨게 만드는데 성공했다. 다만 실험에서 이 전자피부를 작동하기 위해선 외부 전력을 연결해야 했다.(개선 사항)

그럼에도 이번 연구 결과는 인공 피부를 통해 감각과 신호전달, 동작 등을 한꺼번에 통합한 시스템을 만들 수 있다는 개념 원리를 증명했다는 점에서 큰 진전을 이뤘다는 지적이다. 알레한드로 카르니세르-롬바르테 영국 케임브리지대 교수는 "엄지 손가락이나 새끼 손가락이 느끼는 감각이 미세하게 다른 데 이번 연구 결과와 다른 기술들을 통합시키면 그런 차이점까지 느낄 수 있는 인공 피부를 개발할 수 있을 것"이라며 "특정 뇌 영역을 표적으로 삼을 수 있도록 정밀도를 더하면 (이번 연구 결과가) 앞으로 쓸모가 많아 질 것"이라고 평가했다.

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[과학을읽다]”터미네이터처럼”…인간 닮아가는 전자피부

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SF 영화 ‘터미네이터’ 속 미래 로봇. 인공지능(AI)에 인간과 똑같은 피부를 갖고 있다. 인류 저항세력은 로봇을 구분하기 위해 수색견을 동원해야 했다. 최근 AI의 급격한 발전과 함께 인공피부 기술도 감각을 느끼

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홍콩의 과학자들이 사람 눈의 망막 구조를 모방한 인공눈을 개발했다. 사람 눈을 모방한 인공눈을 개발한 건 처음은 아니지만 사람 눈 구조에 한층 가까워졌고 시력이 더 좋은 인공눈이 나온 건 처음이다.
판 교수팀은 기상증착법이란 기술을 이용해 그동안 모방하기 어려웠던 망막의 형태와 구조를 실제와 비슷하게 제작했다. 기상증착법이란 원하는 물질이 든 재료를 반응기 안에 넣어 분해시킨 다음 화학반응을 통해 원하는 형태를 만드는 기술이다. 연구팀이 개발한 인공눈은 지름 2cm로 속이 전기가 통하는 전도성 액체로 채워져 있다.  실제 사람 눈과 크기가 비슷하지만 빛을 감지하는 속도가 더 빠르다. 인공눈은 30~40 밀리초(1000분의 1초)만에 빛을 감지하는 반면 사람 눈은 40~150 밀리초가 소요된다. 최대 5배 가량 인식 속도가 빠른 셈이다.

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인공 눈은 태양전지를 만들 때 활용되는 페로브스카이트라는 물질을 이용해 밀도가 높고 가벼울 뿐만 아니라 빛에 민감한 나노와이어로 연결된 반구형이다. 연구팀이 개발한 인공 눈은 알루미늄으로 만들어진 안구 가운데에 렌즈가 고정돼수정체를 대신하고 이온성 액체로 채워져 있으며 뒤쪽에는 인공망막이 설치돼 있다. 인공망막에는 광수용체 세포를 모방한 나노와이어가 배열돼 있으며 액체금속선이 신경섬유를 대신하게 되는 것이다. 액체금속선은 인공망막의 나노와이어에서 받은 신호를 뇌로 전송하는 신경섬유를 모방한 것이다.

이렇게 만든 인공눈은 알파벳 문자를 정확하게 인식할 수 있음다. 이번에 만든 인공 눈은 개념증명장치이기때문에 100픽셀 정도이며 픽셀당 3개의 나노와이어가 연결돼 있어 해상도가 낮았다. 그렇지만 나노와이어 밀도를 사람 눈에 있는 광수용체보다 최대 10배 이상 늘릴 수 있는 만큼 사람의 눈보다 높은 해상도를 가질 수 있다고 설명했다. SF에 등장하는 인공 안구처럼 사람의 눈보다 훨씬 우수하게 제작할 수 있다는 것이다.

연구를 이끈 지용 판 홍콩과기대 교수(나노재료과학)는 “이번에 개발된 인공 안구 기술은 사람의 눈 구조를 모방해 시각장애를겪는 사람은 물론 로봇 공학이나 관측 장비 등 다양한 활용이 가능할 것으로 기대된다”고 말했다

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인공 혀는 고현협 울산과학기술원 에너지 및 화학공확부 교수와 연구 팀은 미세한 구멍이 많은 ‘뮤신’ 이라는 물질을 이용해 혀 점막을 모방한 전자 혀, 즉 인공 혀를 개발했다. 기존에 있던 단맛•짠맛만을 측정할 수 있던 것과 달리 ‘뮤신’은 떫은맛 분자인 ‘탄닌’과 결합하면 전기전도도가 변하는 특성이 있는데 이를 이용해 떫은맛을 전기 신호로 검출할 수 있다.

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오픈형 보청기를 보면  보청기가 여러개의 층으로 구성되어 있는 것처럼 보일 수 있습니다. 이를 자세히 살펴보면 보청기내부에는 보청기의 필수 구성 부품인 작은 사이즈의 마이크와 최신 기술을 가능하게 하는 여러 부품들이 있습니다

착용자의 청력손상과 니즈에 따라서 보청기 모양 및 형태는 다르지만 대게 보청기의 작동 원리는 아래와 같습니다. 소리가 마이크로 들어가면 증폭기에서 청력에 맞게 소리증폭 및 변환한 후 리시버로 소리를 전달하여 보청기 착용자가 보청기를 통해 소리를 듣게 된다.

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조선시대에는 왕이 음식을 먹기전 독이나 상했는지 맛보는 기미 상궁이란 사람이 존재했다. 현대에는 전자 혀로 마약, 독, 사람이 먹으면 안되는것을 식별해서 알려줍니다. 사람이 혀로 느끼지 못하는 떫은맛, 일정기준을 넘어서는 매운맛도 측정해낼수있습니다.
이를 활용해 와인의 소믈리에도 기계로 만들었다도 합니다. 전자혀의 기능을 높이기 위해 전자코와 병합하는 기술을 만들것으로 예상됩니다.

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지용 판 홍콩 과학기술대 교수 연구팀은 사람의 눈보다 10배 많은 광수용체를 담을 수 있는 인공눈을 개발했다고 국제학술지 네이처에 21일 공개했다.

사람의 눈의 망막에는 안구벽의 가장 안쪽에 돔 형태의 얇고 투명한 막으로 약한 빛을 감지하는 감각세포인 광수용체가 들어있다. 망막 1제곱센티미터(㎠)당 들어있는 광수용체만 약 1000만개에 이른다.

판 교수팀은 기상증착법이란 기술을 이용해 그동안 모방하기 어려웠던 망막의 형태와 구조를 실제와 비슷하게 제작했다. 기상증착법이란 원하는 물질이 든 재료를 반응기 안에 넣어 분해시킨 다음 화학반응을 통해 원하는 형태를 만드는 기술이다. 연구팀은 광수용체를 만들 소재로 페로브스카이트를 선택했다. 페로브스카이트는 독특한 결정 구조를 가진 반도체 물질을 통틀어 부르는 말이다. 빛을 전기로 바꾸거나 반대로 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있다. 색재현성이 뛰어나 빛을 선명하게 인식하고 제조 공정도 간단하다.

연구팀이 개발한 인공눈은 지름 2cm로 속이 전기가 통하는 전도성 액체로 채워져 있다. 실제 사람 눈과 크기가 비슷하지만 빛을 감지하는 속도가 더 빠르다. 인공눈은 30~40 밀리초(1000분의 1초)만에 빛을 감지하는 반면 사람 눈은 40~150 밀리초가 소요된다. 최대 5배 가량 인식 속도가 빠른 셈이다.

연구팀이 만든 인공망막은 1 나노미터(nm·10억분의 1m) 수준의 페로브스카이트 나노선 3개로 구성된다. 나노선 하나는 광수용체 하나의 역할을 한다. 연구팀은 “이 기술을 적용하면 사람이 가진 광수용체 수보다 10배가 더 많은 나노선 광수용체를 넣을 수 있다"고 밝혔다.

앞서 마이클 맥알파인 미국 미네소타대 기계공학과 교수팀은 지난 2018년 3D프린터로 광수용체를 쌓아올려 반구 모양의 인공눈을 개발했다. 연구팀은 유리로 된 반구 모양의 돔에 반도체 고분자 물질을 쌓아 올렸다. 당시 이 물질은 빛을 전자신호로 바꿔 광수용체와 같은 역할을 한 것으로 분석됐다. 다만 실제 광수용체만큼의 세밀한 구조를 구현하지 못했다. 판 교수는 “사람의 눈을 모방한 인공 눈을 개발할 수 있다는 것을 증명했다”며 “과학기구나 전자제품, 로봇 등에 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

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중국 홍콩과학기술대 전기정보공학과, 미국 캘리포니아 버클리대(UC버클리) 전기공학 및 컴퓨터과학과, 로렌스 버클리 국립연구소 재료과학분과 공동연구팀은 SF에 등장하는 수준까지는 아니지만 사람의 눈 구조와 유사하면서도 높은 해상도와 시야각을 확보할 수 있는 인공 눈을 개발하고 그 결과를 세계적인 과학저널 ‘네이처’ 21일자에 발표했다.

사람의 눈은 넓은 시야각과 높은 해상도를 갖고 있으며 빛에 매우 민감하게 반응한다는 특징을 갖고 있다. 이는 돔 형태의 망막과 1㎠당 1000만개가 넘는 광수용체 덕분이다. 로봇공학과 생체공학 분야에서 사람의 눈과 비슷한 인공 안구 개발 시도가 성공하지 못하고 있는 이유도 이런 망막의 형태와 복잡한 구조 때문이다.

지금까지 시도된 인공 안구는 환자의 눈에 인공 망막을 심고 이와 연결된 안경으로 망막 신경세포를 자극해 이미지를 볼 수 있게 하는 방식이 많았다. 또 사람의 눈과 비슷한 형태로 만든 것도 있기는 하지만 해상도가 떨어지거나 시야각이 좁고 내구성이 약하다는 문제가 있었다

연구팀은 태양전지를 만들 때 활용되는 페로브스카이트라는 물질을 이용해 밀도가 높고 가벼울 뿐만 아니라 빛에 민감한 나노와이어로 연결된 반구형 인공 안구를 개발했다. 연구팀이 개발한 인공 눈은 알루미늄으로 만들어진 안구 가운데에 렌즈가 고정돼 수정체를 대신하고 이온성 액체로채워져 있으며 뒤쪽에는 인공망막이 설치돼 있다. 인공망막에는 광수용체 세포를 모방한 나노와이어가 배열돼 있으며 액체금속선이 신경섬유를대신하게 되는 것이다. 액체금속선은 인공망막의 나노와이어에서 받은 신호를 뇌로 전송하는 신경섬유를 모방한 것이다.

이렇게 만든 인공눈은 알파벳 문자를 정확하게 인식할 수 있음을 연구팀은 확인했다. 이번에 만든 인공 눈은 개념증명장치이기 때문에 100픽셀정도이며 픽셀당 3개의 나노와이어가 연결돼 있어 해상도가 낮았다. 그렇지만 연구팀은 나노와이어 밀도를 사람 눈에 있는 광수용체보다 최대 10배 이상 늘릴 수 있는 만큼 사람의 눈보다 높은 해상도를 가질 수 있다고 설명했다. SF에 등장하는 인공 안구처럼 사람의 눈보다 훨씬 우수하게 제작할 수 있다는 것이다.

연구를 이끈 지용 판 홍콩과기대 교수(나노재료과학)는 “이번에 개발된 인공 안구 기술은 사람의 눈 구조를 모방해 시각장애를 겪는 사람은 물론로봇 공학이나 관측 장비 등 다양한 활용이 가능할 것으로 기대된다”고 말했다

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손가락, 발가락 또는 팔다리를 찌르거나 화상을 입었을 때 움직이게 하는 것과 동일한 과정을 모방할 수 있는 전자 피부(e피부)가 개발됐다. 이 기술은 착용자에게 촉감을 제공하는 의수용 커버를 개발하거나 피부가 손상된 사람들의 감각을 회복하는 데 도움이 될 수 있다. e피부는 스탠퍼드대 저난 바오 교수(화공학)의 실험실에서 개발됐다. 바오 교수 연구진은 오랫동안 부드럽고 유연한 보철 피부를 만들기 위해 노력해 왔는데 착용자가 압력, 긴장 또는 온도변화까지 느낄 수 있게 뇌에 전기 신호를 전달할 수 있게 했다. 건강한 피부는 기계적 수용체가 정보를 감지하고 이를 전기 펄스로 변환해 신경계를 거쳐 뇌로 전달한다. 이를 재현하기 위해 e피부는 단단한 반도체로 만들어진 센서와 집적 회로로 구성된다.
e스킨에 또 다른 기존 기술을 접목할 경우 엄지와 새끼손가락이 서로 다른 사물 감지가 가능해질 잠재력도 엿보인다면서 향후 이 기술의 활용도가 더욱 높아질 것으로 전망했다.

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심장병은 한국에서만 해도 사망원인 2위와 암에 이어 사망률 2위를 차지할 정도로 심각한 질환이다. 또한 전 세계적으로도 의료기술의 발전과 고령화의 영향으로 인공 심장박동기 등 인체삽입형 전자기기를 심은 환자 수가 나날이 증가하는 추세이다. 그러나 현재로선 인공 심장박동기의 배터리를 교체하려면 절개수술이 필요하며, 절개수술 자체도 부담이 됨은 물론 각종 합병증을 동반하기도 한다.

이에 한국과학기술연구원(KIST) 전자재료연구센터 송현철 박사 연구팀은 인체는 물론 물속에서까지 무선 충전이 가능한 초음파 무선 충전 기술 개발에 성공했다는 소식을 전했다. 해당 연구결과는 에너지 분야 국제학술지 ‘에너지 및 환경과학(Energy & Environmental Science)’ 저널 최신호(3월호)에 게재되었다.

왜 ‘초음파’여야 하는가?

일상에서 스마트폰과 무선이어폰 등의 무선충전에는 ‘전자기유도 방식’이 많이 쓰인다. 그러나 이런 충전 방식은 1cm만 멀어져도 충전이 안 되는 데다, 물이나 금속처럼 전기가 통하는 전도체는 통과하지 못한다는 단점이 있다. 무엇보다도 충전 중 발열이 있기 때문에 자칫 인체에 해가 될 수도 있다. 기존의 다른 무선충전 방식으로는 ‘자기공명 방식’이 있는데, 이 경우 장치의 주파수를 정확히 맞춰야하는 번거로움이 있는데다가, 와이파이나 블루투스 등의 무선통신 주파수와 간섭을 일으킬 우려가 있다.
이에 연구팀은 전자기파도, 자기장도 아닌 ‘초음파’를 이용한 무선충전 방식을 채택했다. 의료계에서는 이미 초음파검사를 흔하게 쓸 정도로 인체 내부를 파악하기 쉬우면서도 인체에 대한 안전성이 보장된 데다, 이미 바다에서 초음파를 이용한 장비가 보편화되어있어 의료 뿐 아니라 해저 충전에서도 쓰일 범용성이 있기 때문이다.

‘정전기’로 정말 충전이 된다고?

그럼에도 이제껏 초음파 무선충전이 상용화가 되지 않았던 것은, 충전 효율이 너무 낮기 때문이었다. 그러나 연구팀은 정전기, 즉 ‘마찰전기’를 이용한 발전 방식을 활용함으로써, 기존의 채 1%도 되지 않던 초음파 무선충전 효율을 4% 이상으로 크게 높였다. 강한 정전기(마찰전기)로부터 일어나는 아주 작은 진동 에너지가 전기에너지로 변환되는 원리이다.
연구팀은 초음파를 수신하고, 매우 작은 기계적 진동도 전기에너지로 변환해주는 소자를 개발해냈다. 직접적인 실험을 통해 6 cm 떨어진 거리에서 8 mW 이상의 전력을 충전함으로써 200개의 LED를 동시에 켜기도 하고, 물속에서 블루투스 무선 센서를 작동시키는 데에도 성공했다. 비결은 외부 전기장의 영향을 강하게 받는 ‘강유전물질(강유전체)’를 발전기에 추가한 것이다.

연구팀이 개발한 소자는 에너지 전환 효율이 높아 열 발생도 거의 없었음을 확인했다. 또한 기존의 다른 무선충전 방식처럼 충전을 위한 정확한 주파수의 조율이나 고정 등이 필요 없이, 위치나 각도에 상관없이 큰 효율의 무선충전이 가능하다는 것이 확인되었다.

상용화를 위해서

초음파를 이용한 충전이 상용화된다면 인공 심장박동기의 도움을 받고 있는 많은 환자들이, 더 이상 주기적인 배터리 교체를 위해 절개 수술의 위험을 무릅쓸 필요가 없어질 것이다. 또한 물속에서도 충전이 가능하다는 것도 활용 가능성이 더욱 무궁무진하다는 것을 의미한다. 예컨대 데이터양의 폭증과 해상풍력발전시설의 보급 등으로 해저케이블 설치가 늘어나고 있는데, 케이블 진단을 위한 센서도 더 이상 배터리 교체라는 번거로운 작업 없이 간편한 충전이 가능해질 수 있을 것이다. 그 외에도 수중 장비나 수중 드론 등 차세대 무인 로봇 기술에 적용되는 것도 기대되는 바이다.

연구의 교신저자인 송현철 박사 또한 “본 연구에서 초음파를 통한 무선 전력 충전으로 전자기기 구동이 가능함을 보였기에, 앞으로 소자의 안전성과 효율을 더 개선한다면 배터리 교체가 번거로운 체내 이식형 센서 또는 심해저 센서에 전력을 무선으로 공급하는 기술로의 적용이 기대된다”라며 연구 결과의 의의를 밝혔다.
물론 실제 체내에 활용을 위해서는 더욱 섬세한 개선이 수반되어야만 한다. 일단 현재 개발한 소자가 장기간 안정적으로 구동할 수 있는지를 확인하기 위해, 수년간 물속 또는 인체 속과 같은 환경에서 테스트를 해봐야할 것이다. 또한 인체에 활용하기 위해서는 추가적인 임상 테스트도 필요하며, 특히 본 연구에서 개발한 소자는 중금속 계열의 금속이기 때문에, 다른 재료를 활용한 개선이 필요할 것이다.

그럼에도 인공 심장박동기를 착용해 주기적인 절개 수술이 불가피했던 환자들에게는 단비 같은 소식임에는 틀림이 없다. 하루속히 상용화가 이루어지길 바라며, 추후로도 더 많은 기술이 사람들의 생활을 좀 더 안전하고 편리하게 만들어나갈 것을 기대한다.

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홍콩의 과학자들이 사람 눈의 망막 구조를 모방한 인공눈을 개발했다 예전보다 더 좋은 눈이 나온 적은 처음이다 홍콩 과학기술대 교수 연구팀은 사람의 눈보다 10배 많은 광수용체를 담을 수 있다고 말했다

연구팀이 개발한 인공눈은 지름 2cm로 속이 전기가 통하는 전도성 액체로 채워져 있다고한다 실제 사람 눈과 크기가 비슷하지만 빛을 감지하는 속도가 더 빠르다. 인공눈은 30~40 밀리초(1000분의 1초)만에 빛을 감지하는 반면 사람 눈은 40~150 밀리초가 소요된다. 최대 5배 가량 인식 속도가 빠른 셈이다 즉,사람의 눈 보다 인공 눈이 더 성능이 좋고 인지하는 속도가 빠른 것이다

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인공와우이식술은 보청기를 사용하여도 도움을 받지 못하는 고도 이상의 양측 감각신경성 난청 환자에게 와우(달팽이관)의 나선신경절세포(spiral ganglion cells)나 말초 청각신경을 전기적으로 자극하는 와우이식기를 이식함으로써 대뇌 청각중추에서 이를 소리로 인지할 수 있도록 해주는 수술을 말한다. 인공와우이식술을 받은 사람들은 청각기능을 다시 사용할 수 있게 되고 이것은 의사소통을 가능하게 한다.

인공와우를 통해 소리를 듣는 과정

1) Microphone (송화기): 음향에너지를 전기에너지로 변환하는 입력 장치
2) Speech Processor (어음처리기): 일종의 증폭기로서 입력신호를 다양한 방법으로 조작하는 기능
3) Transmitter (송신기): Speech Processor로부터 신호를 받아 내부장치로 전달
4) Receiver-stimulator (수용-자극기): 외부장치로부터 전달받은 신호를 와우 내 전극으로 전달
5) Electrode (전극): 와우 신경을 전기적으로 직접 자극

인공와우와 보청기의 차이점은 무엇인가

가장 큰 차이점은 보청기는 증폭된 소리를 고막으로 들려주며 인공와우는 달팽이관에 '직접' 전기 신호를 보낸다는 점이다.
보청기와 달리 인공와우는 귀의 손상된 부분을 우회하여 뇌로 소리를 전달한다. 인공와우는 크게 두 부분으로 귀 뒤쪽 피부에 이식하는 내부 장치와 수술 후 귀 바퀴 뒤에 착용하는 외부 장치인 어음처리기로 구성되어 있다.내부 장치 삽입을 위해 외과적 수술이 필요하고 수술 후 머리 뒤쪽으로 외부 장치인 어음처리기를 붙여야 한다.보청기는 외부기기로만 구성되어 있으며 기본적으로 소리를 전기 신호로 바꿔주는 마이크, 바뀐 전기 신호를 증폭하는 증폭기,
증폭된 전기 신호를 소리로 바꿔주는
스피커로 이루어져 있다.또한 귓속으로 스피커 부분을 넣어 사용한다.

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인공지능(AI) 칩을 탑재한 ‘인공 코’가 악취를 측정하거나 식료품의 신선도를 확인하는 등 다방면에서 유용하게 사용될 전망이다.

영국 전문매체 데일리메일에 따르면, 캠브리지의 하드웨어 제조업체 암(Arm)은 플라스틱 암핏(Plastic ARMPit) 프로젝트를 진행하고 있다.

플라스틱 암핏 프로젝트는 냄새부터 지문에 이르기까지 거의 모든 것을 감지할 수 있는 전자장치 개발을 목표로 하고 있다. 그리고 이 프로젝트에는 체취를 ‘인공 코’ 개발도 포함돼 있다.

인공 코는 체취에 존재하는 다양한 가스 형태의 화학 물질을 알아낸 후, 이 냄새를 1~5로 순위를 매긴다. 이를 통해 언제 다시 데오드란트를 사용해야 할지 알 수 있다.

이를 위해 얇은 플라스틱 필름의 시트를 만들고, 가스 감지 기술을 통합시킨다. 그 후, 8개의 센서를 넣어 체취에 존재하는 가스의 분자들을 묶는다. 그러면 AI가 분자를 해석하고 체취가 얼마나 강한지 순위를 매기게 된다.

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홍콩의 과학자들이 사람 눈의 망막 구조를 모방한 인공눈을 개발했다. 사람 눈을 모방한 인공눈을 개발한 건 처음은 아니지만 사람 눈 구조에 한층 가까워졌고 시력이 더 좋은 인공눈이 나온 건 처음이다.

지용 판 홍콩 과학기술대 교수 연구팀은 사람의 눈보다 10배 많은 광수용체를 담을 수 있는 인공눈을 개발했다고 국제학술지 네이처에 21일 공개했다.

판 교수팀은 기상증착법이란 기술을 이용해 그동안 모방하기 어려웠던 망막의 형태와 구조를 실제와 비슷하게 제작했다. 기상증착법이란 원하는 물질이 든 재료를 반응기 안에 넣어 분해시킨 다음 화학반응을 통해 원하는 형태를 만드는 기술이다. 연구팀은 광수용체를 만들 소재로 차세대 태양전지에 활용되는 신소재인 페로브스카이트를 선택했다. 페로브스카이트는 독특한 결정 구조를 가진 반도체 물질을 통틀어 부르는 말이다. 빛을 전기로 바꾸거나 반대로 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있다. 색재현성이 뛰어나 빛을 선명하게 인식하고 제조 공정도 간단하다.

연구팀이 개발한 인공눈은 지름 2cm로 속이 전기가 통하는 전도성 액체로 채워져 있다.  실제 사람 눈과 크기가 비슷하지만 빛을 감지하는 속도가 더 빠르다. 인공눈은 30~40 밀리초(1000분의 1초)만에 빛을 감지하는 반면 사람 눈은 40~150 밀리초가 소요된다. 최대 5배 가량 인식 속도가 빠른 셈이다.

연구팀이 만든 인공망막은 1 나노미터(nm·10억분의 1m) 수준의 페로브스카이트 나노선 3개로 구성된다. 나노선 하나는 광수용체 하나의 역할을 한다. 연구팀은 “인공눈은 나노선 3개만으로도 가로세로 2mm짜리의 알파벳 ‘E’와 ‘I’, ‘J’를 인지했다”며 “이 기술을 적용하면 사람이 가진 광수용체 수보다 10배가 더 많은 나노선 광수용체를 넣을 수 있다"고 밝혔다.

현재 개발된 인공눈은 외부 전원이 필요하다. 연구팀은 자급자족 방식으로 소형 태양전지를 활용해 나노선에 전기를 공급하는 기술도 개발하고 있다.

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떫은맛을 감지하는 인공 혀가 개발됨.

울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 고현협 교수 연구팀은 미세한 구멍이 많은 고분자 젤을 이용해 떫은맛을 감지하는 ‘전자 혀’를 개발함.

단맛·짠맛 등의 맛을 정량적으로 측정할 수 있는 미각 센서는 식품·주류 개발에 응용되고 있음. 하지만 떫은맛은 기존과는 다른 원리로 작동하는 센서가 필요함. 떫은맛은 와인이나 과일에 들어있는 물질인 ‘탐닌’이 혀 점막을 압박할 때 생기는 촉감을 사람이 맛으로 느끼는 것으로, 다른 맛들과 감지 방식이 다르기 때문임.

연구팀은 미세한 구멍이 많은 ‘뮤신’이라는 물질을 이용해 혀 점막을 모방한 전자 혀를 개발했음. 뮤신은 ‘떫은맛 분자’인 탄닌과 결합하면 전기전도도가 변하는 특성이 있음. 이를 이용해 떫은맛을 전기 신호로 검출할 수 있음.

연구팀은 전자 혀로 와인의 떫은맛을 감지하는 실험을 했음. 그 결과 전자 혀는 레드와인, 화이트와인 등 와인 종류별로 떫은맛을 정량적으로 감별했음. 센서에 물질이 닿는 즉시 맛을 느낄 정도로 감지 속도도 빨랐음.

전자 혀는 사람이 느끼는 떫은맛의 수십분의 1 수준의 옅은 맛도 느낄 수 있음. 연구팀은 "미각 전문가는 수십 마이크로몰 농도의 떫은맛을 검출할 수 있는 데 반해 이번에 개발된 전자 혀는 2~3마이크로몰 농도 수준의 떫은맛까지 검출할 수 있다"고 설명함.

고 교수는 "저렴하고 유연한 재료를 이용해 소형화된 전자 혀를 개발했다"며 "제작이 간편하고 분석을 위한 복잡한 시편 준비 과정이 없어 식품, 주류 산업 등 다양한 분야에 적용이 가능할 것"이라고 함.

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지금까지 과학자들은 시각장애인에게 다시 시각을 되찾아 주기 위해 인공 눈을 만들려는 연구를 끊임없이 해왔다. 그럼에도 아직까지 완전한 인공 눈이 개발되지 못한 것은 바로 망막의 이런 복잡한 구조 때문이다.

피닉스 99(Phoenix99 Bionic Eye)는 색소성 망막염과 같은 퇴행성 질환으로 인한 심각한 시력 손상 및 실명을 앓고 있는 환자의 시력을 회복시키기 위해 설계된 이식형 시스템으로, 이 장치에는 하나는 눈에 부착된 자극기이고, 다른 하나는 귀 뒤 피부 아래에 위치한 통신 모듈로 구성되었다.

피닉스 99'는 안경에 붙어있는 작은 카메라에 무선으로 연결돼 사용자의 망막을 자극하는 방식으로 작동한다. 망막은 눈 가장 안쪽에 자리한 신경세포층으로, 시신경을 통해 들어오는 정보를 전기적 신호로 형태를 바꿔 뇌에 전달하는 역할을 한다. '피닉스 99'는 손상된 망막 세포를 우회하거나 여전히 정상적인 망막 세포를 '일깨울 수'도 있다.

사용자는 특별한 안경을 착용해야 한다. 이 카메라는 프레임의 유리에 들어갈 수 있을 정도로 소형으로 제작되어 있으며, 카메라는 이미지를 캡처하기위한 한 쌍의 안경에 부착되어 있고 캡처된 이미지는 작은 전자 칩이나 마이크로프로세서 로 전송된다. 마이크로프로세서의 역할은 이미지를 전기 신호로 처리하여 수신기로 보낸다.

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인공와우이식술은 보청기를 사용하여도 도움을 받지 못하는 고도 이상의 양측 감각신경성 난청 환자에게 와우(달팽이관)의 나선신경절세포(spiral ganglion cells)나 말초 청각신경을 전기적으로 자극하는 와우이식기를 이식함으로써 대뇌 청각중추에서 이를 소리로 인지할 수 있도록 해주는 수술을 말한다.

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기상증착법이란 기술을 이용해 그동안 모방하기 어려웠던 망막의 형태와 구조를 실제와 비슷하게 제작했다. 기상증착법이란 원하는 물질이 든 재료를 반응기 안에 넣어 분해시킨 다음 화학반응을 통해 원하는 형태를 만드는 기술이다. 연구팀은 광수용체를 만들 소재로 차세대 태양전지에 활용되는 신소재인 페로브스카이트를 선택했다. 페로브스카이트는 독특한 결정 구조를 가진 반도체 물질을 통틀어 부르는 말이다. 빛을 전기로 바꾸거나 반대로 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있다. 색재현성이 뛰어나 빛을 선명하게 인식하고 제조 공정도 간단하다. 인공눈은 지름 2cm로 속이 전기가 통하는 전도성 액체로 채워져 있다.  실제 사람 눈과 크기가 비슷하지만 빛을 감지하는 속도가 더 빠르다. 인공눈은 30~40 밀리초(1000분의 1초)만에 빛을 감지하는 반면 사람 눈은 40~150 밀리초가 소요된다. 최대 5배 가량 인식 속도가 빠른 셈이다.  인공망막은 1 나노미터(nm·10억분의 1m) 수준의 페로브스카이트 나노선 3개로 구성된다. 나노선 하나는 광수용체 하나의역할을 한다. 연구팀은  “이 기술을 적용하면 사람이 가진 광수용체 수보다 10배가 더 많은 나노선 광수용체를 넣을 수 있다"고 밝혔다.

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연구팀이 개발한 인공눈은 지름 2cm로 속이 전기가 통하는 전도성 액체로 채워져 있다.  실제 사람 눈과 크기가 비슷하지만 빛을 감지하는 속도가 더 빠르다. 인공눈은 30~40 밀리초(1000분의 1초)만에 빛을 감지하는 반면 사람 눈은 40~150 밀리초가 소요된다. 최대 5배 가량 인식 속도가 빠른 셈이다.

연구팀이 만든 인공망막은 1 나노미터(nm·10억분의 1m) 수준의 페로브스카이트 나노선 3개로 구성된다. 나노선 하나는 광수용체 하나의 역할을 한다. 연구팀은 “인공눈은 나노선 3개만으로도 가로세로 2mm짜리의 알파벳 ‘E’와 ‘I’, ‘J’를 인지했다”며 “이 기술을 적용하면 사람이 가진 광수용체 수보다 10배가 더 많은 나노선 광수용체를 넣을 수 있다"고 밝혔다

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보청기는 청력이 약하여 잘 듣지 못하는 사 람을 도와서 잘 들을 수 있게 하는 기구이 다. 소형 마이크 따위를 이용하여 소리를 모 으거나 증폭하여 잘 들리게 한다.

난청이 있는 사람이 보청기를 사용하게 되 는데 보청기는 그 사람이 특별히 떨어진 영

역의 주파수만 증폭시켜 잘 들을 수 있게 도와준다

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과학자들은 눈의 구조를 모방해 인공눈을 개발하려는 시도를 꾸준히 이어왔다. 로봇이나 각종 과학장비의 눈으로 활용하거나 시각 장애인에게 다시 시각을 되찾아줄 수 있다는 기대 때문이다.  하지만 망막의 복잡한 구조를 모방하는데는 한계가 많았다.

판 교수팀은 기상증착법이란 기술을 이용해 그동안 모방하기 어려웠던 망막의 형태와 구조를 실제와 비슷하게 제작했다. 기상증착법이란 원하는 물질이 든 재료를 반응기 안에 넣어 분해시킨 다음 화학반응을 통해 원하는 형태를 만드는 기술이다. 연구팀은 광수용체를 만들 소재로 차세대 태양전지에 활용되는 신소재인 페로브스카이트를 선택했다. 페로브스카이트는 독특한 결정 구조를 가진 반도체 물질을 통틀어 부르는 말이다. 빛을 전기로 바꾸거나 반대로 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있다. 색재현성이 뛰어나 빛을 선명하게 인식하고 제조 공정도 간단하다.

연구팀이 개발한 인공눈은 지름 2cm로 속이 전기가 통하는 전도성 액체로 채워져 있다.  실제 사람 눈과 크기가 비슷하지만 빛을 감지하는 속도가 더 빠르다. 인공눈은 30~40 밀리초(1000분의 1초)만에 빛을 감지하는 반면 사람 눈은 40~150 밀리초가 소요된다. 최대 5배 가량 인식 속도가 빠른 셈이다.

연구팀이 만든 인공망막은 1 나노미터(nm·10억분의 1m) 수준의 페로브스카이트 나노선 3개로 구성된다. 나노선 하나는 광수용체 하나의 역할을 한다. 연구팀은 “인공눈은 나노선 3개만으로도 가로세로 2mm짜리의 알파벳 ‘E’와 ‘I’, ‘J’를 인지했다”며 “이 기술을 적용하면 사람이 가진 광수용체 수보다 10배가 더 많은 나노선 광수용체를 넣을 수 있다"고 밝혔다.

현재 개발된 인공눈은 외부 전원이 필요하다. 연구팀은 자급자족 방식으로 소형 태양전지를 활용해 나노선에 전기를 공급하는 기술도 개발하고 있다.

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인공호흡기란 호흡부전이 발생하여 자력으로 호흡을 할 수 없는 환자들의 호흡을 도와주는 기계장치입니다. 인위적으로 폐포를 팽창시키는 여러 방식이 있지만, 마치 입으로 풍선을 불 듯이 양압을 기도에 불어넣어 폐포들에 공기를 전달하는 양압환기방식을 주로 사용합니다. 다양한 기능을 가진 여러 인공호흡기들이 있는데 기본원리는 같은 것으로서 제대로 만들어진 인공호흡기들 사이의 치료효과 차이는 거의 없습니다. 환자의 상태에 따라 인공호흡기의 설정을 얼마나 적절하게 하는 것이 중요하며 환자의 치료 성적에도 큰 영향을 미칩니다.

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홍콩의 과학자들이 사람 눈의 망막 구조를 모방한 인공눈을 개발했다. 사람 눈을 모방한 인공눈을 개발한 건 처음은 아니지만 사람 눈 구조에 한층 가까워졌고 시력이 더 좋은 인공눈이 나온 건 처음이다. 눈은 두 눈으로 비교적 넓은 지역을 한번에 볼 수 있고 어두운 곳을 비추는 아주 실낱같은 빛도 잡아내는 민감성까지 갖췄다. 눈이 이런 능력을 가진 것은 망막 덕분이다. 망막은 안구벽의 가장 안쪽에 돔 형태의 얇고 투명한 막으로 약한 빛을 감지하는 감각세포인 광수용체가 들어있다.로봇이나 각종 과학장비의 눈으로 활용하거나 시각 장애인에게 다시 시각을 되찾아줄 수 있다는 기대 때문이다.  하지만 망막의 복잡한 구조를 모방하는데는 한계가 많았다. 판 교수팀은 기상증착법이란 기술을 이용해 그동안 모방하기 어려웠던 망막의 형태와 구조를 실제와 비슷하게 제작했다.

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홍콩에 있는 과학자들이 사람 눈의 망막 구조를 모방한 인공눈을 개발했다. 사람 눈을 모방한 인공눈을 개발한 건 처음은 아니지만 사람눈 구조에 한층 가까워졌고 시력이 더 좋은 인공눈이 나온 건 처음이다.  과학기술대 교수 연구팀은 사람의 눈보다 10배 많은 광수용체를담을 수 있는 인공눈을 개발했다고 전했다. 망막의 복잡한 구조를 모방하는데는 한계가 많았다. 과학자들은 기상증착법이란 기술을 이용해 그동안 모방하기 어려웠던 망막의 형태와 구조를 실제와 비슷하게 제작했다. 기상증착법이란 원하는 물질이 든 재료를 반응기 안에넣어 분해시킨 다음 화학반응을 통해 원하는 형태를 만드는 기술이다. 이로 인해 인공눈은 실제 사람 눈과 크기가 비슷하지만 빛을 감지하는 속도가 더 빠르다.

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인공 폐는 몸 밖에서 심장과 폐의 기능을 대행하는 인공 심폐장치의 일부를 뜻합니다. 가스를 직접 혈액 안에 뿜어 넣는 기포형과 가스 투과형의 막을 매개하여 혈액과 가스교환을 하는 막형으로 구별되며 막형에 이용되고 있는 소재로는 실리콘, 다공성 폴리올레핀, 연신 폴리테트라풀루오르에틸렌 등이 있습니다

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소형 마이크 등으로 외부 음성을 모아 환자에 맞게 특정 주파수 음역 대로 변환한 후 소리를 증폭 하는 것이 보청기의 원리이다.
보청기는 잘 안들리는 소리를 크게 증폭하여 들리도록 고막에 전달하는 청력 기기이다.
그러므로 소리를 전달하는 귀 바깥 부분 고막에 이상이 생겼을때 효과가 있다.
하지만 고막 내부에 청신경,청세포가 손실되었거나 청각피질 등에 이상이 생겨 난청이 발생한 경우라면 소리 증폭 효과를 볼수 없다.
증폭된 소리를 받아들여야하는 청력감각 자체가 제 기능을 하지 못하기 때문에 보청기 원리로는 효과를 볼  수 없는 것이다.
이미 청신경이 손상되어 보청기 효과를 볼 수 없는 경우는 골전도 와우 등을 이용해 청력기능을 보강하기도 한다.

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손가락도 움직일 수 있는 의수 로보핸드

어떤 입체 물체든 만들어내는 3D 프린터가 주목 받고 있는 요즘, 3D 프린터로 의수를 만들어 주목 받고 있다. 기존에는 3D프린팅이 어려웠던 손톱 모양까지 복원해 실제 손 모양과 유사한 의수 제작을 가능하게 한 신기술이다. 3D프린팅을 이용해 손 모양의 틀과 손톱 모양의 틀을 각각 제작한 다음, 음성형틀에 실리콘을 도포한 뒤 두 부분을 압착하는 방식으로 의수를 만든다. 특히 손톱을 따로 프린팅하기 때문에 보다 정교하다. 로보핸드가 움직이는 원리는 바로 손목 움직임이라고 한다. 손목 움직임만으로도 인공 손가락 힘을 조절을 하는 것이다. 실제 손 모양과 유사한 색상과 질감을 구현할 수 있어 이용자의 심미적 만족감이 매우 높다는 평가가 많았다.

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인공와우 이식 수술은 보청기를 사용해도 도움을 받지 못하는 고도 이상의 양측 감각 신 경성 난청 환자 에게 달팽이관 의 나선 신경 절 세포 나 말초 청각 신경 을 전기적 으로 자극 하는 와우 이식기 를 이식 함으로써 대뇌 청각 중추 에서 이를 소리 로 인지 할수 있도록 하 는 수술 을 말한다 수술 은 귀 뒤를 열어서 와우 이식기 의 수용 기 / 자극기 를 관자 뼈 피부 밑에 잘 위치시키고 유양 돌기를 열어 와우를 노출시킨 후 전극을 삽입하는 과정으로 이루어진다

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보청기는 난청이 있는 대부분의 사람들이 많이 선택하지만 인공와우는 청각장애인이나 난청이 심한 사람들이 주로 선택한다. 인공와우는 난청으로 청력을 잃어버린 환자에게 수술을 통해 인공와우를 삽입하여 전기적인 자극을 통해 청신경을 흥분시켜 이러한 신호가 뇌에 전달되어 듣게 하는 청력 재활 방법이다. 인공와우를 이식할시 인공와우이식기를 통해 들어오는 소리는 일반인들이 듣는 소리와는 다르게 인식되므로 대화를 하기 위해서는 언어치료가 필요하다.

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(신경 모사형 인공 감각 시스템) 개발생체 감각 기능을 본뜬 인공 감각 시스템은 가상/증강 현실, 메타버스는 화상 환자를 위한 인공피부, 로봇형 의수/의족 등에 사용될 수 있다.
인공 감각 시스템은 구현해야 할 원리와 복잡한 시스템 때문에 실제 감각기관처럼 만들기 어렵다고 알려져 있다. 특히나 사람은 다양한 유형의 촉각 수용기를 통해 압력, 진동 등 정보를 조합하여 촉각을 감지하므로, 완벽한 인공 감각 시스템의 구현은 더욱 어려울 수밖에 없다고 하였다
그런데 국내 연구진이 세계 최초로 인간 피부-신경 모사형 인공 감각 시스템 개발에 성공했다는 소식을 전했다
연구팀은 완벽한 인공 감각 시스템의 구현을 위해 나노입자 기반의 복합 촉각 센서를 제작하고, 이를 실제 신경 패턴에 기반을 둔 신호 변환 시스템과 연결하는 방법을 사용해 인공 감각 시스템을 개발하였다
연구팀은 우선 압전재료 및 압전 저항성 재료의 조합으로 이루어진 전자 피부를 제작했다. 이 센서는 나노입자의 적절한 조합을 통해 피부 내의 압력을 감지하는 늦은 순응 기계적 수용기와 진동을 감지하는 빠른 순응 기계적 수용기를 동시에 모사할 수 있는 특징을 가지고 있다.
해당 시스템을 동물 모델에 적용한 결과, 연구팀은 인공 감각 시스템에서 발생한 신호가 생체 내에서 왜곡 없이 전달되며, 근육 반사 작용 등 생체 감각 관련 현상들을 구현할 수 있음을 확인했다고 전했다

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첨단 과학기술의 도움을 통해 시각 장애를 가진 사람들도 사물을 인식할 수 있는 인공 눈 시스템이 개발되고 있다.

실명의 가장 큰 원인으로는 각종 사고나 합병증에 의한 망막 손상이 꼽힌다. 다른 신체조직과는 달리 망막은 재생이나 이식이 불가능한 신경조직이다. 따라서 망막에 손상이 일어나게 되면 시력을 잃을 가능성이 높아진다.

홍콩의 과학자들이 사람 눈의 망막 구조를 모방한 인공눈을 개발했다. 사람 눈을 모방한 인공눈을 개발한 건 처음은 아니지만 사람 눈 구조에 한층 가까워졌고 시력이 더 좋은 인공눈이 나온 건 처음이다.

지용 판 홍콩 과학기술대 교수 연구팀은 사람의 눈보다 10배 많은 광수용체를 담을 수 있는 인공눈을 개발했다고 국제학술지 네이처에 21일 공개했다.

눈은 사람이 개발한 가장 훌륭한 사진기라고 불릴 정도로 정교한 광학기구다. 두 눈으로 비교적 넓은 지역을 한번에 볼 수 있고 어두운 곳을 비추는 아주 실낱같은 빛도 잡아내는 민감성까지 갖췄다. 눈이 이런 능력을 가진 것은 망막 덕분이다. 망막은 안구벽의 가장 안쪽에 돔 형태의 얇고 투명한 막으로 약한 빛을 감지하는 감각세포인 광수용체가 들어있다. 망막 1제곱센티미터(㎠)당 들어있는 광수용체만 약 1000만개에 이른다.

김재휘 건양의대 김안과병원 교수는 “망막 속 광수용체는 빛을 감지해 전기적 신호로 바꿔 신경을 통해 뇌로 전달하는 역할을 한다”며 “망막은 눈의 기능을 결정하는 핵심 부위”라고 말했다.

과학자들은 눈의 구조를 모방해 인공눈을 개발하려는 시도를 꾸준히 이어왔다. 로봇이나 각종 과학장비의 눈으로 활용하거나 시각 장애인에게 다시 시각을 되찾아줄 수 있다는 기대 때문이다.  하지만 망막의 복잡한 구조를 모방하는데는 한계가 많았다.

판 교수팀은 기상증착법이란 기술을 이용해 그동안 모방하기 어려웠던 망막의 형태와 구조를 실제와 비슷하게 제작했다. 기상증착법이란 원하는 물질이 든 재료를 반응기 안에 넣어 분해시킨 다음 화학반응을 통해 원하는 형태를 만드는 기술이다. 연구팀은 광수용체를 만들 소재로 차세대 태양전지에 활용되는 신소재인 페로브스카이트를 선택했다. 페로브스카이트는 독특한 결정 구조를 가진 반도체 물질을 통틀어 부르는 말이다. 빛을 전기로 바꾸거나 반대로 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있다. 색재현성이 뛰어나 빛을 선명하게 인식하고 제조 공정도 간단하다.

연구팀이 개발한 인공눈은 지름 2cm로 속이 전기가 통하는 전도성 액체로 채워져 있다.  실제 사람 눈과 크기가 비슷하지만 빛을 감지하는 속도가 더 빠르다. 인공눈은 30~40 밀리초(1000분의 1초)만에 빛을 감지하는 반면 사람 눈은 40~150 밀리초가 소요된다. 최대 5배 가량 인식 속도가 빠른 셈이다.

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사람의 후각처럼 냄새를 맡을 수 있는 반도체 칩이 개발됐다. 생체 감각기관을 모사한 세포 구조물을 인공으로 구현한 것으로 향후 청각 등 다른 감각에 응용해 오감을 정밀하게 측정하는 센서로 활용될 것으로 전망된다. 연구팀은 표면에 기분 좋은 느낌을 전달하는 신경전달물질인 세로토닌을 감지할 수 있는 수용체 단백질을 심었다고 밝혔다. 또한 인간보다 1000배나 민감한 것으로알려진 개 코의 후각세포와 기능을 그대로 적용해 마약이나 폭발물 같은 특정 물질을 인식하는 인공 개 코를 개발하고 후각 외의감각을 포함해 오감 센싱 플랫폼으로도 활용할 수 있을 것이라고 전했다.

출처:https://m.dongascience.com/news.php?idx=30635

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홍콩의 과학자들이 사람 눈의 망막 구조를 모방한 인공눈을 개발했다. 사람 눈을 모방한 인공눈을 개발한 건 처음은 아니지만 사람 눈 구조에 한층 가까워졌고 시력이 더 좋은 인공눈이 나온 건 처음이다.

지용 판 홍콩 과학기술대 교수 연구팀은 사람의 눈보다 10배 많은 광수용체를 담을 수 있는 인공눈을 개발했다고 국제학술지 네이처에 21일 공개했다.

눈은 사람이 개발한 가장 훌륭한 사진기라고 불릴 정도로 정교한 광학기구다. 두 눈으로 비교적 넓은 지역을 한번에 볼 수 있고 어두운 곳을 비추는 아주 실낱같은 빛도 잡아내는 민감성까지 갖췄다. 눈이 이런 능력을 가진 것은 망막 덕분이다. 망막은 안구벽의 가장 안쪽에 돔 형태의 얇고 투명한 막으로 약한 빛을 감지하는 감각세포인 광수용체가 들어있다. 망막 1제곱센티미터(㎠)당 들어있는 광수용체만 약 1000만개에 이른다.

김재휘 건양의대 김안과병원 교수는 “망막 속 광수용체는 빛을 감지해 전기적 신호로 바꿔 신경을 통해 뇌로 전달하는 역할을 한다”며 “망막은 눈의 기능을 결정하는 핵심 부위”라고 말했다.

과학자들은 눈의 구조를 모방해 인공눈을 개발하려는 시도를 꾸준히 이어왔다. 로봇이나 각종 과학장비의 눈으로 활용하거나 시각 장애인에게 다시 시각을 되찾아줄 수 있다는 기대 때문이다.  하지만 망막의 복잡한 구조를 모방하는데는 한계가 많았다.

판 교수팀은 기상증착법이란 기술을 이용해 그동안 모방하기 어려웠던 망막의 형태와 구조를 실제와 비슷하게 제작했다. 기상증착법이란 원하는 물질이 든 재료를 반응기 안에 넣어 분해시킨 다음 화학반응을 통해 원하는 형태를 만드는 기술이다. 연구팀은 광수용체를 만들 소재로 차세대 태양전지에 활용되는 신소재인 페로브스카이트를 선택했다. 페로브스카이트는 독특한 결정 구조를 가진 반도체 물질을 통틀어 부르는 말이다. 빛을 전기로 바꾸거나 반대로 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있다. 색재현성이 뛰어나 빛을 선명하게 인식하고 제조 공정도 간단하다.

연구팀이 개발한 인공눈은 지름 2cm로 속이 전기가 통하는 전도성 액체로 채워져 있다.  실제 사람 눈과 크기가 비슷하지만 빛을 감지하는 속도가 더 빠르다. 인공눈은 30~40 밀리초(1000분의 1초)만에 빛을 감지하는 반면 사람 눈은 40~150 밀리초가 소요된다. 최대 5배 가량 인식 속도가 빠른 셈이다.

연구팀이 만든 인공망막은 1 나노미터(nm·10억분의 1m) 수준의 페로브스카이트 나노선 3개로 구성된다. 나노선 하나는 광수용체 하나의 역할을 한다. 연구팀은 “인공눈은 나노선 3개만으로도 가로세로 2mm짜리의 알파벳 ‘E’와 ‘I’, ‘J’를 인지했다”며 “이 기술을 적용하면 사람이 가진 광수용체 수보다 10배가 더 많은 나노선 광수용체를 넣을 수 있다"고 밝혔다.

현재 개발된 인공눈은 외부 전원이 필요하다. 연구팀은 자급자족 방식으로 소형 태양전지를 활용해 나노선에 전기를 공급하는 기술도 개발하고 있다

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연구팀은 OTS(Ovonic Threshold Switch) 소자를 이용해 뉴런의 동작을 모방하는 소자를 개발했다. OTS 소자는 2단자 스위칭 소자로, 스위칭 전압 이하에서는 높은 저항 상태를 유지하고 그 이상에서는 급격히 저항이 줄어드는 특성이 있다.

연구팀은 선행 연구에서 OTS의 이런 성질을 활용, 입력되는 신호가 특정 세기를 넘어설 때 스파이크 신호를 발생시키는 뉴런의 동작을 흉내내는 인공 뉴런 소자를 개발했다.

이번 연구에서는 한발 나아가 감각기관에 입력되는 방대한 데이터 사이에서 빠르게 패턴을 찾아내 추상화하는 뉴런의 거동 모사를 목표로 했다. 이를 위해 스위칭 전압을 제어할 수 있는 3단자 OTS 소자를 개발했다. 3단자 OTS 소자의 제3전극에 외부 자극을 전압으로 변환하는 센서를 연결, 외부 자극에 따라 스파이크 신호의 형태가 달라지는 감각 뉴런 소자를 구현했다.

연구진은 이 3단자 OTS 소자를 광전 변환 센서와 연결, 인체 감각기관의 정보처리 방식을 흉내내는 인공시각 뉴런소자를 구현했다. 또 인공시각 뉴런 소자를 두뇌의 시각 중추를 모사한 인공 신경망과 연결, 폐 엑스레이 이미지 학습을 통해 86.5%의 정확도로 코로나19와 바이러스성 폐렴을 구별할 수 있음을 보였다.

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https://m.dongascience.com/news.php?idx=54795

KAIST 기계공학과 교수 연구팀은 사람처럼 느끼고 상처 치유가 가능한 인공피부를 개발했다는 연구결과를 국제학술지 사이언스 로보틱스에 9일 공개했다고 밝혔다.

사람 피부는 신체 외부 충격을 보호하고 주위로부터의 물리적 자극을 전달하는 통로다. 피부를 이용한 정보 전달은 표면 인식이나 조작, 쓰다듬기, 꼬집기 등 종류가 다양하다. 피부가 덮은 모든 부분에서 느낄 수 있어 비언어적 감정 표현과 교류를 가능케 한다.
과학자들은 이런 인간의 피부를 닮은 이공피부 개발을 시도해왔다. 하지만 인간 피부처럼 부드러운 물성과 3차원(3D) 형상을 가지며 섬세한 촉각 정보를 전달하는 인공피부 개발에 어려움을 겪어왔다. 날카로운 물체에 베인 상처를 치유하는 능력을 동시에 재현하는 것도 어려웠다.

연구팀은 단층촬영법을 인공피부에 적용해 이런 어려움을 극복했다. 단층촬영법은 투과파를 사용해 여러 방향으로 데이터를 얻고 이를 바탕으로 물체 내부의 정보를 간접적으로 재구성하는 기술이다. 물체 내부의 전기전도성이나 음향원 등과 같은 정보를 쉽게 측정할 수 있다. 여기에 실제 사람 피부처럼 인공피부의 구조를 다층구조로 만들어 내구성을 높였다.

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보청기의 작은 구멍을 통해 마이크로폰으로 들어간 소리는 보청기 내부의 증폭기를 통해 그 크기가 증폭되어 리시버(일종의 스피커)를 통해 보청기 밖으로 나와 사용자의 외이도로 돌아가게 됩니다.
보청기는 작은 건전지로부터 전원을 공급받습니다. 보청기 모델에 따라 음량은 보청기에 의해 자동조절 되거나 사용자가 보청기의 작은 조절기를 사용하여 직접 조절하기도 합니다. 보청기의 수명은 평균수명은 약3~5년이지만 유지관리를 어떻게 하느냐에 따라 개인별 차가 커서 수명이 그보다 단축 또는 연장 되기도 합니다. 대상자의 귀의 상태 및 난청의 종류마다 선택 할수있는 or 선택 해야만 하는 종류가 다르다. 삽입형, 귀걸이형, 박스형, 밴드형, 안경형 등이 있다.(세부사항까지 나누게 된다면 한도 끝도 없다)
단 인공와우는 보청기가 아니다. 애시당초 인공와우는 말 그대로 와우 내부에 전극을 이식하여 소리를 전기신호로 전달하는 방법이다

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사람처럼 온도와 기계적 변형을 동시에 느낄 수 있는 '인공 피부'가 개발됐다. 그동안 온도와 연신(延伸·길이를 늘임)을 동시에 감지하는 인공 피부 개발은 기술적으로 한계가 있었다. 국내 연구진이 이런 한계를 극복해 '이온 전도체'라는 소재를 활용해 피부를 꼬집거나 비틀면서도 동시에 온도를 감지할 수 있는 인공 피부를 만들어냈다. 향후 웨어러블 온도 센서부터 사람의 촉각을 대체할 수 있는 인공 피부까지 폭넓은 활용이 기대된다.

20일(현지시각) 국제학술지 사이언스(Science) 최신 호에 정운룡 POSTECH 신소재공학과 교수와 유인상 POSTECH 박사는 미국 스탠퍼드대 연구진과 국제 공동 연구를 통해 온도와 연신을 동시에 감지하는 '다기능성 이온-전자 피부'를 개발한 결과를 발표했다. 그동안 온도와 연신을 각각 측정하는 센서는 있었지만, 단일 센서로 구현한 인공 피부는 이번이 처음이다.

피부는 우리 몸속에서 가장 큰 감각기관으로 변형과 온도 등을 느낀다. 외부 자극이 가해지면 뇌에 신호를 보내 이를 감지한다. 사람은 뜨거운 열이나 꼬집기와 같은 압력이 가해질 때 고통을 느낀다. 사람의 감각기관은 외부 자극을 동시에 받아들여 감각을 구분하는 과정을 거친다.

그러나 인공 피부는 사람처럼 열과 변형을 동시에 느낄 수 없었다. 사람의 촉각 수용체의 정도로 크기를 줄이는 과정에서 온도값과 연신값이 서로 영향을 미쳤기 때문이다. 열이나 꼬집기와 같은 측정값을 얻으려면 전기의 저항이나 정전용량 등을 통해 신호를 얻는데, 이 과정에서 온도에 의한 변화인지 연신에 의한 변화인지 구분하기 어려웠다.

연구팀은 인간 피부처럼 전해질을 함유한 이온 전도체 소재를 활용했다. 이온 전도체는 변형이 가해져도 파괴되지 않을 뿐 아니라 측정 주파수에 따라 측정되는 전기적 성질이 달라진다. 이런 성질을 활용해 온도와 연신을 구분하는 하나의 단일 센서를 만들어 인공 피부를 구현할 수 있었다. 이를 활용하면 사람 피부처럼 온도 자극과 기계적 자극을 독립적으로 감지할 수 있다는 의미다.

유인상 박사는 "기존 연신성 온도 센서의 가장 큰 문제는 기계적 자극과 온도 자극에 의한 전기적 신호 변화를 구분하기 어려운 점에 있었다"며 "이온 전도체를 이용해 단일 물질에서 두 가지 변수로써 정전 용량과 저항을 함께 측정하여 두 가지 미지수인 온도와 기계적 변형을 구분해 낼 수 있었다"고 했다.

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사람을 대신해 맛을 측정해주는 ‘전자혀’가 발전하고 있다. 최근에는 미각뿐 아니라 식감까지 감지할 수 있는 기술이 해외에서 개발됐다.

국내에서 전자혀를 개발 중인 고현협 울산과학기술원(UNIST) 교수는 14일 "현재 전자혀는 맛을 내는 화학성분만 감지하는 화학 센서에 가깝다"며 "사람 혀의 일부분만 모방하고 있는 전자혀가 식감까지 느낄 수 있다면 식품·의약품 개발 과정에서의 활용성이 크게 높아질 것"이라고 설명했다.

지난 11일(현지시각) 미국과학진흥협회(AAAS)의 논문 소개 사이트 ‘유레칼러트(EurekAlert)’는 영국 리즈대 연구팀이 실리콘으로 사람 혀의 복잡한 표면과 습윤성(표면에 수분이 배어드는 성질)을 모방하는 데 성공했다고 전했다. 연구성과는 미국화학회(ACS)가 발간하는 ‘ACS 응용물질 및 계면(Applied Materials & Interfaces)’에 지난달 26일 게재됐다.

◇정확한 미각센서, 5가지 기본 맛 넘어 다채롭게 느낀다

혀의 표면은 작은 돌기들로 이뤄져있다. 돌기 아래의 미뢰(味蕾)에는 미각을 감지하는 세포들이 모여있다. 미각세포는 액체 속 특정 성분을 감지해 그 정보를 뇌로 전달, 사람이 맛을 느끼도록 한다. 이렇게 느낄 수 있는 기본적인 맛은 5가지다. 당(糖)은 단맛, 산성 물질은 신맛, 염분은 짠맛, 무기물과 카페인 등은 쓴맛, 아미노산의 일종인 글루탐산은 감칠맛을 느끼게 한다. 사람이 느끼는 다양한 맛은 이 5가지 기본 맛이 복합적으로 작용한 결과다.

고현협 울산과학기술원(UNIST) 교수팀이 지난 6월 개발한 ‘전자 혀’(왼쪽)와 이것을 구강 모형에 부착한 모습(오른쪽).

음식, 음료 등 식품을 개발할 때 맛을 객관적으로 평가하는 일이 필요하다. 피실험자를 모집하는 경우 시간과 비용이 많이 들고 맛에 대한 평가가 주관적일 수 있다. 맛을 내는 성분들의 농도를 정량적으로 측정하는 전자혀가 필요한 이유다. 전자혀는 의약품 개발 과정에도 활용된다. 약의 쓴맛을 줄여주는 물질을 첨가할 경우 아직 안전성이 확인되지 않은 약물을 전자혀가 대신 맛볼 수 있다.

전자혀는 키요시 토코(Kiyoshi Toko) 일본 규슈대 교수가 20년전 세계에서 처음으로 고안하고 개발했다. 그는 지난 2000년 5가지 기본 맛을 감지할 수 있는 최초의 전자혀를 개발하고 그 성과를 국제학술지 ‘센서와 작용기 B: 화학(Sensors and Actuators B: Chemical)’에 ‘미각센서(Taste Sensor)’라는 제목의 논문으로 발표했다. 2006년 상용화도 맨 처음으로 이뤄졌다. 2014년 학술지 ‘센서(Sensors)’에 게재한 논문에서 그는 "(개발한)미각센서는 인텔리전트 센서 테크놀로지(Intelligent Sensor Technology)를 통해 세계 최초로 상용화됐다"고 말했다.

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사람의 피부를 모방한 ‘전자피부(electronic skin)’ 시대가 열리고 있다. 이전에 상상하기 힘들었던 놀라운 기능의 인공피부가 등장해 로봇, 인공지능(AI), 장애인 보족은 물론 인공지능, 신종 헬스기기에 이르기까지 적용 범위를 크게 확대하고 있는 중이다.

전자피부가 개발되기 시작한 때는 2004년이다. 미국과 일본에서 본격적인 연구가 시작됐는데 당시 연구자들은 실리콘에 주목했다. 실리콘에 센서를 집어넣은 뒤 인체에 부착하려는 노력을 기울였다. 그러나 생각한 것처럼 휘어지지 않아 사람 피부처럼 유연성을 재현하지 못했다. 이 문제를 해결한 것이 탄소화합물이 첨가된 유기재료다. 대표적인 것이 꿈의 소재로 불리는 그래핀인데 실제 피부만큼 유연한데다 신축성이 뛰어나 큰 주목을 받았다.

실제로 지난 2017년 영국 글래스고 대학 공과대 연구팀은 그래핀을 사용해 사람의 피부보다 더 강하고 부드러운 인공피부를 선보여 세상을 놀라게 했다. 이 전자피부는 피부 속에 획기적인 기능을 다수 포함하고 있었다. 센서를 부착해 피부 스스로 감촉을 느끼는 것은 물론 태양 에너지를 전기 에너지로 전환한 후 피부를 타고 흐르게 해 실제 피부처럼 탄력을 유지할 수 있었다.  연구팀은 이렇게 만들어진 피부로 인공 손 ‘스마트 핸드’를 완성할 수 있었다.

사람보다 1,000배 빨리 대상을 감지

https://youtu.be/XI1fIA-wrsY
▲자유자재로 폈다 줄일 수 있는 스트레쳐블 스킨 (출처:Technology and Tools)

최근 전자피부 기술의 발전은 놀라울 정도다. 지난해 싱가포르 국립대학교에서 개발한 전자피부 ‘ACES(Asynchronous Coded Electronic Skin)’의 경우 사람보다 1,000배 더 빠르게 대상을 감지할 수 있다. 실제 속도를 측정한 결과 사람이 눈을 깜박이는 속도보다 10배 빠른 10밀리초 내에 물체의 모양, 질감, 강도 등을 정확하게 식별해내는 것으로 나타났다.

이런 기능이 가능한 것은 사람의 신경 역할을 하고 있는 센서 때문이다. 연구팀은 기능을 더 넓히기 위해 센서 수를 1만 개까지 늘려도 정상적인 작동이 가능하다고 설명하고 있다. 고무줄처럼 늘였다 줄였다 할 수 있는 전자피부도 등장했다. 미국 미네소타 대학 연구팀은 자유자재로 폈다 줄일 수 있는 ‘스트레쳐블 스킨(stretchable skin)’을 선보인 후 상용화를 서두르고 있는 중이다.

인공피부 속에 다양한 전자센서들을 부착해 사용 범위를 대폭 확대할 수 있다. 의료계가 깊은 관심을 표명하고 있는데 인공보족을 넘어 체온, 혈당, 혈압, 심박수, 심전도, 혈중 산소 농도 등을 측정할 수 있을 것으로 보고 있다.

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아날로그 음향 신호를 디지털 신호로 바꾸어 청력 형태에 맞게 청력을 보완하는 장치. 어떠한 청력에도 완벽하게 대응할 수 있고, 소음을 감소시킬 수 있는 기술, 피드백 제거 기술들을 접목한 보청기이다.

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전자피부

생체의 피부 감각 수용체는 외부에서 자극이 있을 때 전압 형태의 스파이크 신호 다발을 발생시키고, 뇌에서 신호 패턴을 분석하여 외부 자극을 인지한다. 연구팀은 이러한 생체 피부 감각계의 신호 발생과 인지 방법에 착안하여 스파이크 신호를 스스로 발생시키는 인공 감각 수용체를 개발, 모든 신호가 동시에 전송되고 실시간 분석이 가능한 전자 피부를 만들었다.

이 전자 피부에서는 위치·동작 추적 등의 공간 정보, 속도·동적 접촉 영역 등의 시간 정보가 분석된다. 전자 피부의 모든 인공 수용체가 한 쌍의 측정 전극만으로 신호를 전송하기 때문에, 기존의 전자 피부와 비교해 전극 구성이 매우 단순해졌다는 점이 특징이다

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한국과학기술원(KAIST)은 바이오·뇌공학과 박성준 교수와 고려대 천성우 교수, 한양대 김종석 박사 공동 연구팀이 인체의 신경 신호를모사한 인공 감각 인터페이스 시스템을 개발했다고 12일 밝혔다.

최근 가상(VR)·증강(AR) 현실, 메타버스(3차원 가상세계) 등 분야에서 인공 감각 시스템에 대한 연구가 활발히 진행되고 있지만, 인체의 감각기관처럼 정교하게 구현하기가 쉽지 않다.

사람은 다양한 유형의 촉각 수용기를 통해 압력, 진동 등 정보를 조합해 촉각을 감지하는데, 작동 원리가 복잡해 모사하기가 어려웠다.

연구팀은 나노입자 기반의 복합 촉각 센서를 만든 뒤 이를 실제 신경 패턴에 기반한 신호 변환 시스템과 연결하는 방법으로 사람의 촉각인식 기제를 모사해 냈다.

우선 피부 내 압력을 감지하는 반응과 진동을 감지하는 반응 수용기를 동시에 모사할 수 있는 압전소재(압력을 전기로 변환하는 소자)를적용한 전자 피부를 만들었다.

이어 실제 감각 신경을 추출, 다양한 감각에 의한 신호를 측정해 함수화했다.

연구팀이 개발한 감각 시스템을 지문 구조로 만들어 20여종의 직물을 분류하는 실험을 진행한 결과, 99% 이상의 정확도로 직물의 질감에 따라 서로 다른 종류를 구분해낼 수 있었다.

가상현실 등 디지털 산업은 물론 인공피부와 로봇형 의수·의족 등 의료산업 분야에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 일렉트로닉스'(Nature Electronics) 지난달 3일 자에 실렸다.

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미국 스탠퍼드대의 제넌 바오 교수 연구팀은 지난 18일(현지 시각) 국제 과학 전문 매체 사이언스(Science)에 이같은 전자 피부(e-skin) 기술 관련 논문을 게재했다. 연구팀은 손가락, 발가락, 팔다리를 찌르거나 뜨거운 물질에 닿았을때 느끼는 감각을 그대로 뇌에 전달할 수 있는 전자 피부를 개발했다. 전신마비 또는 피부 손상, 의족ㆍ의수 착용 등의 환자들에게 인공적으로나마 감각을 느낄 수 있도록 도와 줄 수 있다.
이번 연구 결과는 인공 피부를 통해 감각과 신호전달, 동작 등을 한꺼번에 통합한 시스템을 만들 수 있다는 개념 원리를 증명했다는 점에서 큰 진전을 이뤘다는 지적이다. 알레한드로 카르니세르-롬바르테 영국 케임브리지대 교수는 "엄지 손가락이나 새끼 손가락이 느끼는 감각이 미세하게 다른 데 이번 연구 결과와 다른 기술들을 통합시키면 그런 차이점까지 느낄 수 있는 인공 피부를 개발할 수 있을 것"이라며 "특정 뇌 영역을 표적으로 삼을 수 있도록 정밀도를 더하면 (이번 연구 결과가) 앞으로 쓸모가 많아 질 것"이라고 평가했다.

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[과학을읽다]”터미네이터처럼”…인간 닮아가는 전자피부

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SF 영화 ‘터미네이터’ 속 미래 로봇. 인공지능(AI)에 인간과 똑같은 피부를 갖고 있다. 인류 저항세력은 로봇을 구분하기 위해 수색견을 동원해야 했다. 최근 AI의 급격한 발전과 함께 인공피부 기술도 감각을 느끼

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인공와우(cochlear implant)란 내이의 손상으로 인해 고도의 감각신경성난청 또는 전농이 된 환자에게 청신경의 전기자극으로 청력을 제공해 주는 장치를 말합니다. 즉 선천적이나 후천적으로 달팽이관 내의 청각(유모)세포가 손상되거나 소실되어 있을 때에 나선신경절 세포나 청신경섬유를 직접 전기적으로 자극함으로써 청각세포의 기능을 대신하는 것이 인공와우입니다. 인공와우이식술을 받은 사람들은 청각기능을 다시 사용할 수 있게 되고 이것은 의사소통을 가능하게 합니다.

인공와우를 통해 소리를 어떻게 듣는가

인공와우는 크게 체외 장치와 체내 장치로 구분됩니다. 몸 밖에 설치된 체외 장치는 마이크로폰(송화기), 음향처리기(언어합성기), 송신용 안테나(발신기)로 되어있고, 이때 마이크로폰과 송신용 안테나를 합쳐서 헤드셋이라고 합니다. 몸 안에 이식되는 체내 장치는 임플란트(수화기), 전극으로 구성되어 있습니다.

인공와우를 통해 소리를 듣는 과정은 다음과 같습니다.

① 음향처리기의 마이크로폰이 음향을 포착하면 처리기가 음향을 디지털 정보로 전환
② 이 정보는 코일을 통해 피부 바로 아래 있는 임플란트로 전달
③ 임플란트는 전기 신호를 와우의 전극으로 보냄
④ 와우의 청각 신경 섬유가 신호를 포착해 뇌로 전달하면 소리 감각이 작동

인공와우와 보청기의 차이점은 무엇인가

인공와우는 보청기와는 다릅니다. 두 가지 모두 감각신경성난청 환자에서 사용될 수 있지만 그 기능은 전혀 다릅니다. 보청기는 외부의 소리를 크게 증폭만 하는 것으로 달팽이관의 청각세포가 손상된 고도의 청각장애환자에게는 별로 유용하지 않습니다. 이것은 수력발전소에서 발전장치가 고장 났는데도 댐에서 떨어지는 물만 증가시킴으로써 전기 생산을 늘려보려는 경우와 유사합니다. 즉, 고장 난 발전장치를 새로운 것으로 교체해야만 전기 생성이 가능한데, 이때 새로운 발전장치에 해당하는 것이 인공와우입니다.

다시 말해, 보청기를 이용해 소리를 아무리 크게 증폭시킨다고 하더라도 중증의 장애를 가진 귀는 청각세포가 손상되어 있기 때문에 청신경을 자극하는 역할을 수행할 수 없습니다. 반면 인공와우이식술은 소리를 크게 증폭시키는 것이 아니라 달팽이관 안의 청각신경섬유를 직접 자극하여 소리를 인식하게 만드는 것입니다.

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전자 눈 카메라는 썬더볼트 모드 방식으로 동작합니다. 빛을 감지하는 화학적 반응은 먼저 일어나고, 그 후 전하가 생성됩니다.

전자 눈 카메라는 이러한 전하를 읽어들여 이미지를 생성합니다. 이와 더불어 전자 눈 카메라는 전기적으로 높은 감도와 해상도를 갖추고 있어 차세대 이미지 센서로 주목받고 있습니다.

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전자혀는 맛을 측정하고 수치화해서 비교/평가하는 기기다. 우리가 혀에 있는 1만여 개의 미뢰를 통해 맛을 느끼는 것처럼, 전자혀는 미각 센서를 통해 맛을 느낀다. 우리 혀가 느끼는 단맛, 짠맛, 신맛, 쓴맛, 감칠맛을 센서를 통해 감지해, 숫자로 바꾼다

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보청기는 난청이 있는 사람에게 청각 감각의 손실의 도와주는 기기입니다. 난청인은 내이 손상이나 신경손상등의 원인으로 소리를 감지하는 능력이 저하되는데요. 이를 보완해주는것이 보청기의 기본적인 역할이며 정상적인 경우 소리를 인식할때 소리가 귀로 들어와 외이도를 타고 안으로 들어가 고막을 

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단순히 소리만 증폭하는 것이 아니라 가청주파수 대역 중 저음역과 고음역을 몇 개의 채널로 나누어 개별적으로 증폭하거나 제어하며, 이들 과정을 모두 디지털화하여 처리한다. 채널의 수에 따라서 2채널·4채널·9채널이라 불린다. 청력 손실도에 따라 주파수별로 필요한 만큼만 증폭 조정하기 때문에 훨씬 명료한 음을 들을 수가 있다.

귀속형 보청기에서 문제가 되었던 하울링음(feedback noise)을 추적하여 제거하거나, 음성의 모음 부분만 시간상으로 길게 들려주어서 천천히 말하는 것처럼 들리게 할 수 있으며, 초소형으로 제작하여 완전 매식할 수 있다. 또한 음성인식이 가능하고 콤팩트디스크 수준의 음질을 지니며, 극소형화하여 고막형 보청기에까지 채택된다. 21세기에 들어와서는 휴대폰 기능을 첨가하거나 언어번역 기능을 삽입하여 자동번역기로 사용할 수 있는 기술도 연구되고 있다. 가격이 비싼 편이나 대량생산이 가능해지면 가격도 낮아질 것으로 전망된다.

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자료 1: 뇌파검사는 두피에 뇌파장을 읽는 센서를 부착하여 각종 질병들을 검사하고 수면상태의 뇌에서 일어나는 현상들을 기록한다. 특정한 발작과 그 종류를 구분할수 있고,  뇌졸중, 뇌동맥경화증, 뇌혈관질환, 뇌염, 뇌종양 같은 질병을 진단하는데 사용된다.

https://www.doctorsnews.co.kr/news/articleView.html?idxno=123221
자료 2: 뇌파 검사에서 발견되는 '시상피질 이상리듬질환'을 기계학습을 통해 분석한 것인데, 이명·만성통증·우울증·파킨슨병을 가진 환자와 정상인의 차이를 감별하는 것이 가능해 앞으로 환자의 주관적 증상에 따라서만 진단을 할 수 있었던 환자들에게 객관적 진단이 가능해질 것으로 보인다. 뇌파도(EEG; Electroencephalography)를 정확하게 분석하면 환자의 이비인후과 및 신경과 질환을 진단해낼 수 있고, 나아가 질환의 원인 규명을 위한 단서도 발견할 수 있을 것으로 판단한 것이다.
이를 바탕으로 기계학습(Machine Learning) 인공지능 시스템에 기반한 뇌파도 분석을 통해 정상인 그룹과 이명 등 질환 환자군 간에 감별되는 차이점을 분석해낼 수 있다는 것을 최초로 확인했고, 이명은 약 88%, 만성 통증은 92%, 파킨슨병은 94%, 우울증은 75%의 진단 정확도를 보여 향후 활용에 대한 기대를 높였다

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뇌는 끊임없이 전기적 신호(뇌파)를 보내며 활동을 해요. 뇌가 보내는 미세한 신호를 증폭하여 측정해서 그래프로 기록하여 뇌 건강을 확인하는 검사가 뇌파검사(EEG)에요. 깨어있는 상태와 잠을 잘 때 모두 시행 가능해요. 어린 아이의 경우, 검사 협조가 어려워 주로 수면 뇌파를 측정해요.

뇌파검사는 발작의 종류에 따라 특징적인 그래프 파형을 보여 간질발작을 진단하는데 중요한 검사에요. 또한, 뇌졸중, 뇌동맥경화증, 뇌혈관질환, 뇌염, 뇌종양 등 뇌의 여러 질환을 진단할 때도 시행해요. 머리 외상을 입었을 때, 뇌조직이 파괴되지는 않았으나 기능저하가 보일 때에도 뇌파검사로 뇌의 기능적 이상을 알 수 있어요.

검사방법은 두피에 일정한 간격으로 10여개의 전극을 붙이고 똑바로 누워 뇌파를 측정해요. 뇌파검사는 편안히 누워 안정 시 뇌파를 측정하고, 눈을 깜박이거나, 심호흡을 하거나, 빛 자극을 주었을 때, 그림을 볼 때, 간단한 계산을 할 때와 같이 특정 상황에서 유발되는 반응을 함께 검사해요. 움직임에 예민한 검사로 정확한 결과를 얻기 위해서는 되도록 움직이지 않는 것이 좋아요. 검사 도중 잠이 오면 자도 괜찮아요. 검사 시간은 보통 30분 정도 소요되요. 수면 시 뇌파를 측정하기 위해 수면제로 수면을 유도한 후 검사하거나, 검사실에서 하룻밤 잠을 자면서 검사하기도 해요.

정확한 검사를 위해서 전극이 두피에 잘 부착되어야 해요. 검사 전 헤어 왁스, 젤, 스프레이 사용은 피하고, 머리를 감아 청결히 해주세요. 수면 검사의 경우, 잠이 잘 들 수 있도록 검사 당일 낮잠은 자지 않아야 해요. 수면 검사 전 날은 평소보다 잠을 적게 자는 것도 도움이 돼요. 또한 카페인이 포함된 커피, 녹차, 홍차, 박카스, 콜라는 수면을 방해하므로 섭취하지 말아주세요. 검사 시간이 길어질 수도 있으므로, 검사 전 미리 화장실을 다녀오세요. 복용중인 약이 있다면 미리 의사에게 알려 뇌파검사 전에 투약을 중지해야 하는지 확인해주세요.

검사 후에는 전극을 붙였던 접착제를 제거하고, 머리를 깨끗이 감아요. 뇌파검사는 결과가 판독된 후, 의사가 결과를 설명할 거에요. 검사 후 특별한 부작용은 없어요.

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뇌는 끊임없이 전기적 신호(뇌파)를 보내며 활동을 해요. 뇌가 보내는 미세한 신호를 증폭하여 측정해서 그래프로 기록하여 뇌 건강을 확인하는 검사가 뇌파검사(EEG)에요. 깨어있는 상태와 잠을 잘 때 모두 시행 가능해요. 어린 아이의 경우, 검사 협조가 어려워 주로 수면 뇌파를 측정해요.

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암세포의 고유한 냄새를 포착하여 암을 진단한다? 최근 인공지능과 딥러닝 기술로 인간의 후각 세포 작동 방식과 유사한 구조의 ‘전자 코(Electronic nose)’에 대한 연구가 유의미한 성과를 보이고 있다.
전자코는 사람의 후각 세포가 아닌 반도체 센서가 냄새를 인식해 성분을 분석하는 기술이다. 감지한 디지털신호를 미리 저장된 냄새 정보와 같은지 확인하는 원리이다. 전자코는 가스 센서 인식 장치를 시초로 만들어졌다. 전자코는 여러 화합물로 이뤄진 VOC를 측정해 그 성분을 분석할 수 있다. 암 진단 분야에서는 종양 세포 VOC와 건강한 사람 세포에서 나오는 VOC가 다르다는 점에 착안해 연구가 이뤄지고 있다.
전자코를 이용한 암 진단은 비침습적이고 통증이 없다. 혈액과 소변 등 샘플을 채취하는 과정도 없다. 빠른 분석으로 결과까지 신속히 알 수 있다. 전자코 자체도 휴대가 간편하고 저렴하고, 사용이 간편하다.

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국내외 과학기술동향, 정책, 문화 등 과기계 이슈 정보 제공. 매주 금요일 뉴스레터 발송

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국내외 과학기술동향, 정책, 문화 등 과기계 이슈 정보 제공. 매주 금요일 뉴스레터 발송

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보청기는 청력 손실을 보완하기 위해 사용되는 의료 기기이다. 보청기를 착용하면 다음과 같은 이점을 얻을수 있다. 가장 중요한 이점 중 하나는 청력의 개선이다. 보청기는 소리를 증폭하거나 조절하여 청력 상실로 인해 듣기 어려웠던 소리를 더욱 명확하게 들을 수 있다. 청력 상실은 인지 기능에도 영향을 미칠 수 있다. 보청기를 사용하여 소리를 명확하게 듣게 되면, 인지 능력 향상, 기억력 개선, 집중력 강화 등의 이점을 얻을 수 있다.

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2016년 대한민국 연구진들이 사람보다 맛에 '1만배' 민감한 바이오 전자혀를 만들었습니다. 인간의 혀와 맛을 내는 물질이 만나 전기신호가 발생하고 이 전기신호를 뇌로 전달하는 과정을 모방해 미각을 구현했죠. 유전공학적 방법을 사용해 인간의 혀에 있는 것과 동일한 미각수용체를 만들고, 전기가 잘 통하는 나노 소자에 연결했는데요. 이렇게 만들어진 전자혀는 사람보다 정확하게 쓴맛, 단맛, 감칠맛을 감지해냈습니다. 설탕의 단맛을 느끼는 실험에서는 사람의 혀보다 약 1만 배 정도 민감한 반응을 나타냈죠.
사람 같지만, 사람보다 나은 전자혀는 21세기 산업계의 새로운 발전을 예고합니다. 바이오 전자혀를 개발한 연구진은 이 기술이 앞으로 감미료와 조미료 성분을 찾는 데 쓰일 수 있다고 말했는데요. 객관적 으로 맛을 판단하고, 수치로 표현해 정량화하는 전 자혀의 기능은 더 다양한 분야에서 응용이 가능합니다. 사람의 혀가 맛을 시험할 수 없는 독성 물질이나 비위생적인 물질에도 사용될 수 있죠.

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origin_와인의떫은맛감별해내는전자혀개발됐다

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소형 마이크 등으로 외부 음성을 모아 환자에 맞게 특정 주파수 음역대로 변환한 후 소리를 증폭하는 것이 보청기 원리다.

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인간의 주관적 감각을 수치화, 정량화해 피부 감각 측정이 가능한 지능형 촉각 센서가 세계 최초로 개발됐다.이 센서를 활용하면 보다 정밀하게 사용감을 조절한 화장품 개발이 가능하다.지능형 촉각 센서는 기계학습을 접목한 측정 기술로 인간이 피부를 통해 느끼는 시원함과 촉촉함의 정도, 용액의 유형까지 인식해 디지털 수치로 변환한다. 초박형으로 유연하면서 외부의 압력과 변형에도 안정적인 측정이 가능해 피부에 부착도 가능하다.

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글로벌 뉴스 미디어 채널 데일리포스트

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ⓒ 데일리포스트=지능형 촉각 센서/ 아모레퍼시픽제공

[데일리포스트=조경오 기자] "화장품이 주는 시원함과 따뜻함을 정확하게 비교 평가할 수 있어 객관적인 실증 결과를 제공할 수 있게 됐습니다. 앞으로도 첨단 기술과 융합해 데이터를 확보하고 이를 기반으로 혁신을 이뤄나갈 것입니다." (박영호 아모레퍼시픽 기술연구원장)

'따뜻함'에서 얼마나 온도가 올라가야 '뜨거움'을 느끼는 지는 사람마다 다르다. 이같은 인간의 주관적 감각을 수치화, 정량화해 피부 감각 측정이 가능한 지능형 촉각 센서가 세계 최초로 개발됐다.

아모레퍼시픽은 세계 최초로 피부 감각을 측정할 수 있는 지능형 촉각 센서 개발을 진행했다. 이 센서를 활용하면 보다 정밀하게 사용감을 조절한 화장품 개발이 가능하다.

지능형 촉각 센서는 기계학습을 접목한 측정 기술로 인간이 피부를 통해 느끼는 시원함과 촉촉함의 정도, 용액의 유형까지 인식해 디지털 수치로 변환한다. 초박형으로 유연하면서 외부의 압력과 변형에도 안정적인 측정이 가능해 피부에 부착도 가능하다. 이는 인간 피부 모사 첨단 센서 기술을 보유한 울산과학기술원 고현협 교수 그룹과의 협업으로 일궈낸 성과다.

한편, 연구 결과 'Flexible Pyroresistive Graphene Composites for Artificial Thermosensation Differentiating Materials and Solvent Types'는 지난 12일 국제 저명학술지 ACS 나노(ACS Nano, IF:15.881)에 온라인으로 게재됐다.

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'피부도 이제 과학 기술 적용'...피부감각 측정 '지능형 촉각 센서'는?

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데일리포스트=조경오 기자] "화장품이 주는 시원함과 따뜻함을 정확하게 비교 평가할 수 있어 객관적인 실증 결과를 제공할 수 있게 됐습니다. 앞으로도 첨단 기술과 융합해 데이터를 확보하고 이를 기반으로 혁신을 이뤄나갈 것입니다." (박영호 아모레퍼시픽 기술연구원장)'따뜻함'에서 얼마나 온도가 올라가야 '뜨거움'을 느끼는 지는 사람마다 다르다.

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사람의 맛 감지 원리를 모방한 이 전자 혀는 떫은맛을 정량적으로 표현할 수 있어 각종 식품과 주류 개발, 과수 모니터링 분야 등에 폭넓게 응용될 것으로 기대된다.

와인이나 덜 익은 과일을 먹으면 입안이 텁텁해지는 떫은맛을 느낄 수 있다.

타닌과 같은 '떫은맛 분자'가 혀 점막 단백질과 결합해 만들어지는 물질(응집체)이 점막을 자극(압력)하고, 인체는 이를 떫은맛으로 인식하는 것이다.

반면에 단맛이나 짠맛은 혀 돌기 속 미뢰(맛 감지 세포 덩어리)가 감지한다.
이미 개발된 단맛 등을 감지하는 전자 혀와는 달리, 떫은맛을 감지하려면 다른 원리로 작동하는 전자 혀 개발이 필요했다.

연구진은 떫은맛 분자와 결합하면 '소수성 응집체'가 만들어지는 '이온 전도성 수화젤'을 이용해 전자 혀 개발에 성공했다.

혀 점막에서 일어나는 떫은맛 감지 원리를 모방한 것이다.

이 고분자 젤은 혀 점막 단백질 역할을 하는 '뮤신'과 염화리튬 이온을 포함하고 있으며, 미세한 구멍이 아주 많다.

뮤신이 떫은맛 분자와 결합하면 미세 구멍 안에 '소수성 응집체 네트워크'가 만들어지는데, 이는 염화리튬 이온의 전도성(이온의 움직임 정도)을 변화 시켜 떫은맛을 전기적 신호로 검출할 수 있다.

연구진은 개발한 혀로 와인, 덜 익은 감, 홍차 등 떫은맛을 감지하는 실험을 했다.

그 결과 전자 혀는 레드, 화이트, 로제 와인 등 다양한 와인의 떫은맛 정도를 정량적으로 감별했다.

특히 이 전자 혀는 감지할 수 있는 떫은맛 범위가 넓을 뿐 아니라, 센서에 접촉 즉시 떫은맛 정도를 알아낼 수 있다.

고 교수는 "훈련받은 전문가는 수십 μM(마이크로몰) 농도의 떫은맛을 검출할 수 있는데, 이번에 개발한 전자 혀는 2∼3μM 수준까지 검출할 수 있다"라면서 "제작이 간편하고, 분석을 위한 복잡한 시편 준비 과정이 없어 식품·주류 산업뿐 아니라 농업 등 다양한 분야에 적용할 수 있을 것"이라고 기대했다.

이번 연구는 미국과학협회(AAAS)가 발행하는 '사이언스 어드밴시스'(Science Advances) 6일 자에 게재됐다.

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색맹 교정용 안경-엔크로마 이영윤.****

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색맹 교정용 안경-엔크로마 이영윤.****

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색맹자가 아닌 사람들은 약 1 백만 ~ 700만 가지의 서로 다른 색채를 보게됩니다. 색맹을 앓고있는 사람들은 단지 약 1 만에서 10 만개의 서로 다른 색조만을 보게된다고 합니다.

대부분의 사람들은 눈에 3개의 색 원뿔을 가지고 있습니다. 파란색, 녹색 및 빨간색. 들어오는 각 색의 빛 비율은 뇌에 보내집니다. 이 비율은 뇌에 어떤 색을 감지해야하는지 알려줍니다. 그러나 색맹으로 인해 빨강과 초록이 더욱 겹칩니다. 이것은 빛과 색 신호의 비율을 비뚤어지게합니다. 그래서 당신의 두뇌는 붉은 색과 녹색 색으로 무엇이든 해석하기 위해 노력한다고 합니다.

엔크로마(EnChroma)안경에는 특정 파장의 빛을 제거하는 광학 필터가 있고, 이렇게하면 눈에 들어오는 빛의 비율을보다 정확하게 설정할 수 있습니다. 그래서 색맹인 사람이 안경을 착용했을 때 그 색깔을 더 분명하게 인식한다고 합니다.

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피닉스 99'는 안경에 붙어있는 작은 카메라에 무선으로 연결돼 사용자의 망막을 자극하는 방식으로 작동한다. 망막은 눈 가장 안쪽에 자리한 신경세포층으로, 시신경을 통해 들어오는 정보를 전기적 신호로 형태를 바꿔 뇌에 전달하는 역할을 한다. '피닉스 99'는 손상된 망막 세포를 우회하거나 여전히 정상적인 망막 세포를 '일깨울 수'도 있다.