요즘 인공지능(AI)과 로봇 기술의 발전 속도가 따라가기 힘들 정도로 빨라지고 있다. SF 속 로봇처럼 높은 곳에서 떨어지는 충격을 견뎌내고 착지한 뒤에는 스스로 자세를 파악해 다시 거친 지형을 이동하는 로봇까지 나왔다. 미국 예일대, 스워스모어 칼리지, 미시간대, 럿거스대, 프린스턴대, 이탈리아 볼로냐대 공동 연구팀은 5.7m 높이의 다리 위에서 아스팔트 바닥으로 떨어지고도 부서지지 않고 다시 움직이는 로봇 ‘트라이바’(Tribar)를 개발했다고 12일 밝혔다. 이 연구 결과는 인공지능 분야 국제 학술지 ‘네이처 머신 인텔리전스’ 8월 11일 자에 실렸다. 트라이바는 딱딱한 막대를 탄성 있는 케이블 그물망에 매달아 만든 ‘텐세그리티 로봇’이다. 막대끼리 서로 맞닿지 않고 팽팽한 줄의 장력만으로 형태를 유지하는 구조여서 유연하고 가벼우면서도 외부에 가해지는 충격을 쉽게 흡수할 수 있다는 장점이 있다. 미국 항공우주국(NASA)에서는 오래전부터 이 구조를 행성 탐사 로버에 적용하는 방안을 연구하고 있다. 로봇 몸체가 충격을 흡수한다면 착륙선을 따로 보내지 않고 로봇만 떨어뜨려도 되기 때문이다. 최근에는 비행기나 헬기에서 텐세그리티 로봇을 떨어뜨려 재난 현장에 물자를 전달하겠다는 기업도 등장했다. 문제는 ‘살아남는 것’과 ‘살아남은 뒤 제 역할을 하는 것’이 별개라는 점이다. 충격 저항성이 확인된 텐세그리티 로봇들은 대부분 스스로 움직이는 구동 장치가 없고 반대로 잘 움직이는 텐세그리티 로봇들은 외부 충격을 견디는 성능이 검증되지 않았다. 연구팀이 개발한 트라이바는 막대 3개짜리 텐세그리티 로봇으로 36㎝ 길이의 탄소섬유 막대 3개에 모터 6개, 배터리, 제어 기판으로 구성돼 있다. 핵심은 센서다. 로봇을 지탱해 주는 줄 자체가 잘 늘어나는 신축성 센서를 겸한다. 상온에서 액체 상태인 금속을 얇게 두 층으로 깔고 실리콘으로 감싸 만든 센서는 줄이 늘어나면 전기용량이 그에 비례해 커지면서 줄이 얼마나 늘어났는지 알려주는 방식이다. 여기에 관성측정장치가 막대마다 붙어 있어 트라이바는 자기 몸이 어떤 모양이고 어떤 방향으로 움직이고 있는지를 실시간으로 계산할 수 있다. 기존의 텐세그리티 로봇의 자세 추정은 대부분 외부 카메라나 로봇을 세워둔 정지 상태에서만 가능했다. 그렇지만 트라이바는 움직이는 도중에도 자기 상태를 확인할 수 있다. 연구팀은 트라이바를 잔디, 얼음, 자갈, 모래 위에서 주행 능력을 측정했다. 중력을 이용해 몸을 기울여 넘어지는 방식으로 이동하기 때문에 지면에 따른 속도 차이는 크지 않았다. 또 기존 텐세그리티 로봇의 최대 등반 경사는 24도였지만 트라이바는 28도의 오르막도 문제없이 이동했다. 가장 주목할 부분은 낙하 실험이다. 연구팀은 5.7m 다리 위에서 아스팔트 바닥으로 떨어뜨렸는데도 트라이바는 금세 형태를 회복하고 이동했다. 연구팀은 충격 저항성과 장애물 감지 능력, 제어 능력이 더 보완되면 현재 로봇으로 접근할 수 없는 환경에서 활용할 수 있는 기술이 될 것이라고 전망했다. 일반 로봇이라면 절벽을 만났을 때 우회 경로를 계산해야 하지만 텐세그리티 로봇은 그냥 굴러떨어진 뒤 가던 길을 계속 갈 수 있다는 것이다. 그렇게 되면 행성 표면의 크레이터 바닥을 탐사하거나 항공기에서 재난 지역으로 로봇을 투하하는 것도 가능해진다.

세계 최고 수준 초 고증폭 유연 소자 개발, <어드밴스드 머티리얼스> 게재 아주대와 광주과학기술원(이하 GIST) 연구진이 아주 낮은 수준의 전압에서도 생체신호를 정확하게 측정할 수 있는 유연한 고감도 전자 피부를 구현해냈다. 머리카락 두께의 1/100 수준인 초박막 센서로 인체의 다양한 움직임에도 안정적이고 정확하게 생체신호 측정이 가능해 헬스케어 기술 발전에 기여할 것으로 기대된다. 아주대학교(총장 최기주)는 박성준 교수(전자공학과·지능형반도체공학과) 연구팀이 광주과학기술원(GIST) 연구팀과 공동으로 수직 형태의 채널구조를 갖는 초유연·초저전압 전자 피부를 개발했다고 12일 밝혔다. 해당 연구는 ‘표피 신호 모니터링을 위한 초유연성 수직 코바이노 유기 전기화학 트랜지스터(Ultraflexible Vertical Corbino Organic Electrochemical Transistors for Epidermal Signal Monitoring)‘라는 논문으로 저명 학술지 <어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)> 11월호에 실렸다. 유연하고 가벼우며 생체친화적인 전자피부(e-skin) 전자 피부(e-skin)는 인간 피부와 유사한 유연성과 민감성을 갖춘 인공 센서 시스템으로, 피부에 부착해 생체신호를 감지하고 다양한 환경 정보를 수집할 수 있는 전자장치다. 이 장치는 생체 적합성·신축성·유연성을 특징으로 하며 심박수, 체온, 근전도 등 생체신호를 실시간으로 모니터링할 수 있다. 연구를 이끈 박성준 아주대 교수는 “이번 연구를 통해 초저전압에서 높은 감도로 생체신호를 측정할 수 있는 비침습적 피부 인터페이스 건강 모니터링 기술에 획기적 진전을 이루어냈다”라며 “다양한 기능을 갖춘 초소형·초박형 웨어러블 기기의 구현 가능성을 높이고, 장기간 사용해도 성능을 안정적으로 유지할 수 있는 방안을 제시할 수 있을 것”이라고 설명했다. 이어 “앞으로의 후속 연구를 통해 혁신적인 솔루션을 제공, 사람들의 삶의 질을 높이는데 크게 기여할 수 있을 것으로 기대한다”라고 덧붙였다. 이번 연구는 과학기술정보통신부 나노소재글로벌영커넥트·나노소재기술개발사업과 아주대학교 연구비 지원을 받아 수행됐다.

-배진우 교수 연구팀, ‘고효율 마찰대전 나노발전기 개발’-배터리 없이 안정적 전원 공급, 웨어러블 디바이스 등 적용기대 한국기술교육대학교(총장 유길상)는 배진우 교수와 가줄라 프라사드 연구교수, 윤재욱 박사과정으로 구성된 연구팀이 고효율 고분자 나노복합소재 기반의 ‘마찰대전 나노발전기(TENG)’를 개발하였다고 24일 밝혔다. 이번 연구 결과는 생활에서 버려지는 자투리 에너지를 높은 효율로 수확해 전원으로 활용할 수 있는 방식을 채택해 배터리 없이 안정적인 전원 공급이 필요한 웨어러블 디바이스 적용 등 다양한 분야에 응용될 것으로 기대된다. 24일 한기대에 따르면 연구팀은 탄소 나노 필러를 간단하게 표면처리하고 이를 유연하고 신축성 있는 고분자에 도입해 TENG를 개발했다. TENG는 서로 다른 두 물체가 접촉하고 분리될 때 만들어지는 양(+)과 음(-) 전하의 이동 현상을 이용해 전기를 생산하는 에너지 변환 장치다. 하지만 낮은 기계-전기 에너지 변환 효율과 상대적으로 낮은 전력밀도로 상업화에 어려움을 겪고 있다. 연구팀은 탄소 나노 필러를 표면 처리해 높은 기계-전기 에너지 변환 효율과 전력밀도를 가지면서, 고분자 소재가 가진 부드럽고 잘 늘어나는 특성을 온전히 활용한 고성능 TENG를 첫 개발했다. 한기대 관계자는 “연구성과는 전원이 공급되지 않는 플렉서블·웨어러블 디바이스, 전자 피부, 의료용 센서 등의 차세대 사물인터넷 디바이스 및 첨단 센서 분야 등에 적용이 가능하다”고 설명했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부, 교육부와 한국연구재단이 추진하는 이공분야기초연구사업 (중견연구) 사업 및 4단계 두뇌한국(BK)21 사업과 산업통상자원부와 한국산업기술평가관리원이 추진하는 소재부품기술개발사업의 지원으로 수행됐다. 연구결과는 화학공학 분야 국제학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널 (Chemical Engineering Journal)’온라인판에 6월 23일 게재됐다.

위나 소장, 대장 같은 장기 수술 이후 생길 수 있는 가장 나쁜 합병증은 바로 수술 부위가 새는 것이다. 만약 위산이 수술 부위에서 새어 나가 복강으로 들어가면 심각한 화학적 손상을 동반한 복막염이 생길 수 있다. 소장이나 대장 역시 소화된 음식물과 함께 수많은 장내 미생물이 유입되어 심한 염증을 일으킨다. 최선의 노력을 다해서 수술했더라도 여러 가지 요인에 의해 수술 후 봉합 부분이 내부에서 새는 경우 조기 진단이 쉽지 않다. 처음에 약간 새어 나가는 정도로는 큰 증상이나 염증이 없기 때문이다. 따라서 어느 정도 진행된 후에 환자가 발열과 복통 같은 증상을 호소하거나 혹은 피 검사상 염증이 의심되어 CT 검사를 진행하는 경우가 대부분이다. 스위스 연방 소재 과학기술 연구소와 취리히 연방 공대의 연구팀은 위 수술 후 문제가 생겼을 때 이를 빨리 진단하고 누출도 막아 줄 수 있는 수술용 스마트 패치를 개발했다. 연구팀이 개발한 패치는 신축성이 뛰어난 폴리아크릴아마이드 소재를 기반으로 별도의 센서나 전자 회로 없이 누출을 진단할 수 있다. 대신 패치에 의료용으로 사용되는 탄산 바륨이나 탄산 란타늄을 섞는다. 탄산 바륨은 주로 방사선 조영제로 쓰이는 물질이고 탄산 란타늄은 만성 콩팥병 환자에서 치료제 목적으로 사용된다. 하지만 스마트 패치에서는 초음파나 CT에서 위산 유출을 쉽게 파악하기 위한 용도로 사용된다. 예를 들어 탄산 바륨이 위산에 노출되면 탄산이 이산화탄소로 변하면서 바륨 이온이 방출된다. 이산화탄소는 패치 안에서 기포를 형성하기 때문에 초음파에서 쉽게 진단이 가능하다. CT에서도 바륨의 유출은 쉽게 확인할 수 있다. 따라서 수술 후 의료진은 초음파로 수술 부위 유출 여부를 계속 확인하면서 위산 유출이 의심되는 경우 CT를 이용해서 소량의 유출도 쉽게 확인할 수 있다. 연구팀은 이 스마트 패치가 염증과 복통이 진행되기 전에 위산 유출을 조기에 진단할 수 있을 뿐 아니라 유출을 잠시간 막아주는 기능도 함께 한다는 사실을 돼지를 이용한 동물 실험에서 확인했다. 물론 사람에서 사용했을 때 별다른 부작용 없이 분해되고 의도한 대로 정확하게 유출을 진단할 수 있는지는 앞으로 여러 단계의 임상 시험을 통해 검증해야 할 부분이다. 스마트 패치가 실제로 효과가 있는 것으로 드러나면 위 수술 후 합병증 예방에 획기적인 전기를 마련할 수 있을 것으로 기대된다. 

전자 문신(e-tattoo) 기술은 전자 잉크와 초박막 전자 기기를 피부나 피부에 붙이는 얇은 스티커에 통합한 새로운 웨어러블 전자 기기입니다. 개인 인식용 혹은 제품 식별을 위해서도 이용할 수 있지만, 의료용으로 주목되는 분야는 바로 체온, 심전도, 산소 포화도 등 여러 가지 생체 정보를 수집할 수 있는 웨어러블 기기입니다. 미국 텍사스 대학 과학자들은 지난 몇 년간 개발한 심전도 측정용 전자 문신 장치를 한 단계 더 개량해 전기 신호뿐 아니라 소리도 측정할 수 있게 만들었습니다. 연구팀이 개발한 심전도와 심박음(심장 박동 소리) 센서는 머리카락 2개 정도에 불과한 200마이크로미터의 두께를 지니고 있습니다. 신축성 있는 스티커 형태의 투명막과 전자 회로, 센서가 합쳐진 전자 문신의 무게는 모두 2.5g에 불과하며 신체 어느 곳에나 쉽게 붙이고 제거할 수 있습니다. 사실 심전도의 경우 스마트 워치로도 측정이 가능하지 않느냐고 반문할 수 있습니다. 하지만 심장에서 먼 위치에 있고 팔 한쪽에만 전극이 있어 얻을 수 있는 정보가 제한적입니다. 표준 12 유도 심전도의 경우 양 발목과 손목에 4개, 가슴에 6개의 전극을 붙여 심전도를 측정합니다. 피부에 붙이는 전자 문신의 경우 원하면 표준 12 유도 심전도 측정도 가능합니다. 심장 소리를 기록할 수 있는 것 역시 스마트 워치로는 어려운 일입니다. 심장 앞에 스마트 워치를 붙일 순 없기 때문입니다. 물론 심장의 소리를 기록하는 휴대용 청진기나 센서 역시 이미 존재합니다. 태아의 심박음을 듣는 기기는 가정에서도 사용할 수 있습니다. 하지만 심장 질환을 지닌 환자들이 편리하게 착용하고 24시간 생활할 수 있는 센서는 개발하기 쉽지 않습니다. 연구팀이 개발한 전자 문신은 피부를 통해 전달되는 진동을 전기적 신호로 바꿔 소리로 기록하는 방식으로 착용자에게 큰 불편 없이 심장에 뛰는 소리를 24시간 모니터링 할 수 있습니다. 동전 크기 배터리로 40시간 동안 심전도와 심박음을 측정하고 무선으로 전송할 수 있어 연동된 스마트 기기만 있으면 누구나 쉽게 심장 상태를 모니터링 하고 문제가 생기면 의료진에게 직접 알리거나 스스로 필요한 조치를 취할 수 있습니다. 연구팀은 심박음과 심전도를 동시에 기록하는 시스템이 정확한 질병 진단과 환자 상태 모니터링에 큰 도움이 될 것으로 보고 있습니다. 예를 들어 판막에 문제가 생긴 경우 심전도는 정상이지만, 심장 소리에는 이상 소견이 감지됩니다. 반대로 심근 경색이 발생한 경우 당장에 심박음에는 큰 변화가 없어도 심전도에는 큰 변화가 생길 수 있습니다. 이런 점을 생각하면 심전도 심박음을 동시에 모니터링하는 전자 문신은 심장 판막 질환이나 심근 경색, 협심증 등으로 치료 중인 환자의 상태를 24시간 모니터링하고 문제가 생겼을 때 빠르게 치료하는 데 가장 도움이 될 것으로 보입니다. 물론 현재 개발 중인 다른 전자 문신과 마찬가지로 이 전자 문신 역시 아직은 개발 초기이기 때문에 상용화까지 더 많은 시간이 필요합니다. 하지만 지금처럼 연구가 활발히 이뤄진다면 저렴하고 정확한 전자 문신 기술을 통해 생명을 구하는 일이 꿈이 아니게 될 것으로 기대합니다. 

국내 연구진이 파스나 반창고처럼 피부에 붙여 생치신호를 측정해 심근경색이나 부정맥을 얘방할 수 있는 기술을 개발했다. 한국표준과학연구원 역학표준그룹, 성균관대 화학공학과 공동 연구팀은 피부에 부착해 생체신호를 측정할 수 있는 의료용 실리콘 전자패치 기술을 개발했다고 18일 밝혔다. 이번 연구 결과는 화학공학 분야 국제학술지 ‘화학공학 저널’과 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’ 표지논문으로 실렸다. 인구 고령화, 심혈관질환의 증가, 비대면 원격의료 확대로 의료용 웨어러블 기기에 대한 수요가 늘고 있다. 특히 웨어러블 기기를 이용해 심근경색, 협심증, 부정맥 등 심혈관질환 조짐을 예측할 수도 있다. 기존의 웨어러블 전자 패치는 신체를 움직이거나 피부에 땀이나 물기가 있으면 접착력이 급격히 떨어져 오래 붙이고 있고 있기 어렵다. 이를 보완하기 위해 화학접착제를 사용하기도 하는데 피부 가려움증, 알레르기 등 부작용이 발생할 수 있다. 이에 연구팀은 물 속에서도 미끄러지지 않는 물방개 앞 발의 미세구조를 모방해 운동이나 샤워를 해도 떨어지지 않을 만큼 피부 접착력이 우수한 실리콘 전자패치를 개발했다. 인체에 무해한 의료용 실리콘으로 만들었기 때문에 공기가 잘 통하고 물도 잘 통과해 오랜 시간 붙일 수 있다. 연구팀은 여기에 탄소나노섬유 기반의 신축성 전극과 온도 센서를 결합해 웨어러블 패치를 만들었다.탄소나노섬유 소재의 신축성 전극은 피부가 접히거나 늘어나도 전기전도성을 잘 유지할 수 있는 것으로 확인됐다. 실제로 성능 시연을 실시한 결과 운동 후 피부에 땀이 흐른 상태에서도 접착력이 안정적으로 유지됐고 심전도와 체온을 실시간으로 모니터링할 수 있었다. 연구팀에 따르면 이번에 개발한 기술을 적용하면 기존 제품 대비 제작 공정을 단순화할 수 있고 비용도 절감할 수 있어 대량 생산에도 유리하다. 연구를 이끈 김민석 표준과학연구원 역학표준그룹장은 “기존 의료용 전자패치는 폭넓은 활용이 어려웠다”며 “이번 연구 결과는 원격진료 및 진단에 기여할 수 있어 국내 웨어러블 의료기기 산업 발전에 도움이 될 것”이라고 설명했다.

최근 공개된 한국형 SF ‘승리호’에는 인공지능 전투로봇 ‘업동이’가 등장한다. 업동이는 돈을 벌어 인공피부를 이식해 사람같은 외모를 갖고 싶어한다. 그렇지만 현실에서는 사람의 피부와 똑같은 모양을 갖고 감각까지 갖춘 인공피부는 아직 나오지 않고 있다. 국내 연구진이 사람의 손보다 더 뛰어난 감각을 가진 인공 전자피부를 만드는데 성공해 주목받고 있다. 포스텍 화학공학과, 울산대 화학과 공동연구팀은 사람의 손가락 감각을 흉내내 접촉하는 물체의 모든 종류와 재질을 동시에 구별할 수 있는 인공전자피부를 개발했다고 23일 밝혔다. 이번 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스’에 실렸다. 현재까지 개발된 인공피부나 다감각 센서는 민감도를 높이거나 물체의 재질 정도만 알아낼 수 있는 수준에 불과할 뿐 물체 종류와 재질을 동시에 파악하지는 못하고 있다. 사람의 손가락은 압력과 인장강도, 진동 등 다양한 종류의 자극을 민감하게 인지한다. 이는 손가락 피부 표면에 존재하는 지문이 외부 자극을 증폭시키고 피부 내부에 포함된 다양한 감각수용체가 감지해 종류와 재질을 파악할 수 있게 해주기 때문이다.연구팀은 손가락 지문을 흉내내기 위해 미세 주름을 가진 얇은 고분자 탄성체 막을 만든 뒤 안쪽에 은나노선과 산화아연나노선을 삽입해 신축성이 좋은 다감각 인공전자 피부를 만들었다. 이번에 개발한 인공전자 피부는 압력, 인장, 진동 등 자극에 따라 다른 종류의 전기작동이 되도록 해 외부 자극을 구별했다. 또 물체를 문지를 때는 복합적인 전기신호가 만들어져 물체의 종류와 재질을 동시에 구분했다. 연구팀은 이번에 개발된 인공전자 피부를 로봇 손에 부착시켜 천연소재, 세라믹, 금속, 합성고분자 등 다양한 물질을 구별할 수 있을 뿐만 아니라 거칠거나 끈적함, 딱딱함 등 물체 질감도 구별할 수 있는 것으로 확인됐다. 인지 정확도면에서 인간이 느끼는 피부 감각과 비슷하거나 우수한 것으로 나타났다. 조길원 포스텍 교수는 “이번 기술은 물체의 종류와 재질을 동시에 정확히 구별해 인지할 수 있다”라며 “인공보철에 사용되는 다감각 센서, 로봇의 전자피부는 물론 가상현실(VR)과 증강현실(AR) 장치 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 파스처럼 피부에 붙이기만 하는 것으로 전기를 만들어 낼 수 있는 열전소자를 개발해 주목받고 있다. 이번 기술을 활용하면 배터리 없이도 웨어러블 기기를 작동시킬 수 있을 것으로 기대되고 있다. 한국과학기술연구원(KIST) 소프트융합소재연구센터, 서울대 전기정보공학부 공동연구팀은 유연성과 열전달 효율을 높여 피부에 붙이는 것만으로도 전기를 생산해 낼 수 있는 신축성 열전소자를 개발하고 자동화 공정을 통해 대량생산 방안도 제시했다고 1일 밝혔다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 실렸다. 열전소자는 소재 앞뒤, 겉과 밖 같은 양단의 온도 차이로 인해 만들어지는 전압으로 에너지를 변환시키는 장치로 산업현장 폐열 같은 열에너지를 실생활에서 사용할 수 있는 전기에너지로 변환시킬 수 있다. 기존 열전소자는 단단한 금속 기반 전극과 반도체를 사용해 유연하지 못해 웨어러블 기기에 사용하기 어려웠다. 반면 유연 열전소자는 공기 같은 열차단층이 생겨 열전도율이 낮아지면서 전기발생 효율도 낮았다. 이에 연구팀은 고성능 무기물 열전재료를 은나노와이어가 삽입된 신축성 기판과 연결시켜 유연성을 높이고 열전소자의 저항을 낮췄다. 이를 통해 열전달율을 기존 유연 열전소자보다 8배 이상 높아졌으며 전력생산능력도 3배 이상 향상시키는데 성공했다.또 소프트 플랫폼 공정부터 열전소자 형성까지 복잡한 전체공정을 자동화시켜 소자의 대량생산도 가능하게 했다. 정승준 KIST 박사는 “이번 연구는 외부 열을 이용해 고온감지 센서장갑 같은 웨어러블 기기를 동작시키는 것이 가능하다는 것을 보여줬다”라며 “기능성 복합재료, 열전소자 플랫폼, 배터리 없는 자율주행용 거리 감지 센서를 개발하는데도 도움이 될 것”이라고 말했다. 홍용택 서울대 교수는 “이번 연구는 유연성과 열효율을 동시에 높여 실제 웨어러블 기기를 동작시킬 수 있는 실용성 높은 유연 열전소자를 개발했다는 데 의의가 있다”라며 “배터리 없는 자가발전 웨어러블 기기의 대중화 및 시장성 확보에 크게 기여할 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

가상현실(VR)과 증강현실(AR) 기술은 아직 발전 단계이지만, 거기서 맛볼 수 있는 몰입감은 지금까지 없던 경험이라고 할 수 있다. 하지만 VR이나 AR 공간에서의 체험이 현실화할수록 답답한 사람들이 있을 것이다. 현재 사용자가 할 수 있는 일이라고는 버튼 조작뿐이기 때문이다. 그러나 최근 미국 코넬대 연구진이 개발한 장갑은 사용자에게 지금껏 없던 경험을 제공할지도 모른다. 이 장갑은 손목부터 손끝까지 신축성이 있는 광섬유 센서를 장착해 VR 세계에서 손의 섬세한 움직임을 재현, 마치 실제로 만지고 있는 듯한 감각을 느끼게 해준다. 이는 로버트 셰퍼드 교수와 그의 동료 연구자들이 최신 연구 논문에 발표한 광섬유 센서로 구현한 것이다. 물론 지금까지 딱딱한 구조물이라면 분산형 광섬유 센서(DFOS)를 이용해 감지할 수 있었다. 이는 광도파로(optical waveguide)를 통과하는 빛의 세기 변화를 감지하는 방식으로 물질의 변형 정도를 파악하는 것이다. 즉 기존 센서는 다리나 도로 또는 건물 등 딱딱 구조물의 변화를 측정하는데는 뛰어나지만 소프트로봇이나 신축성 있는 전자기기처럼 크게 휘어지는 구조를 측적하는 데는 적합하지 않다는 것이다. 이런 문제를 해결하고자 고안한 것이 바로 튜브에 한 쌍의 탄성 폴리우레탄 코어가 들어간 듀얼 코어 구조다. 코어의 한쪽은 투명하고 다른 한쪽에는 적색과 청색 그리고 녹색이라는 세 가지 색상의 광흡수 색소가 충전돼 있다. 이를 통과하는 빛의 경로에 변화가 있으면 감지해 색 공간에 매핑한다. 이에 따라 빛의 세기와 색상의 변화를 감지해 광섬유의 구부러짐과 신축 그리고 압력을 1㎝ 이하의 해상도로 측정할 수 있다는 것이다. 그다음으로는 3D 프린터를 사용해 장갑을 제작하고 손가락과 손등을 따라서 듀얼 코어 구조의 DFOS를 장착하기만 하면 된다.센서가 감지하는 데이터는 블루투스로 외부 컴퓨터로 전송돼 거기서 장갑의 움직임이나 구부러짐 상태를 실시간으로 측정한다. 장갑에 필요한 전력은 보통 리튬이온전지로 공급한다. 이에 대해 셰퍼드 교수는 “예를 들면 이 장갑으로 VR이나 AR을 통해 자동차 수리나 타이어 교환 연습을 할 수 있다”면서 “손의 움직임이나 압력을 감지할 수 있어 너트를 너무 조이면 ‘너무 조였다!’는 경고가 나와 실습자는 실수를 알아차릴 수 있는 것”이라고 설명했다. 이어 “현재 신형 센서를 물리 치료나 스포츠의학에서 응용하기 위한 특허 출원도 준비하고 있다”고 덧붙였다. 자세한 연구 결과는 세계적 학술지 사이언스(Science) 최신호(11월13일자)에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

적당한 스트레스는 건강에 도움이 된다지만 현대인들 대부분은 과도한 스트레스를 받고 있다고 느끼는 경우가 많다. 스트레스를 적절히 관리하지 않으면 신체적, 정신적 질병에 시달리게 된다. 그렇지만 많은 사람들이 막연하게 ‘요즘 스트레스가 심해’라거나 ‘예전보다 스트레스가 줄었어’라고 말은 하지만 정확히 어느 정도인지를 파악하기는 쉽지 않다. 국내 연구진이 콘택트렌즈를 착용하는 것만으로도 눈물 속 호르몬을 측정해 스트레스 정도를 스마트폰으로 파악할 수 있는 기술을 개발해 주목받고 있다. 연세대 신소재공학과, 화학과, 기초과학연구원(IBS) 나노의학연구단, 명지대 화학공학과, 울산과학기술원(UNIST) 신소재공학부 공동연구팀은 눈물 속에 있는 스트레스 호르몬을 감지해 정확히 측정해 스마트폰으로 한 눈에 볼 수 있도록 하는 스마트 콘택트렌즈를 개발했다. 이 같은 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 10일자에 실렸다. 스트레스 정도를 파악하기 위해서는 스트레스 호르몬인 코티졸 수치를 측정해야 한다. 이전에도 스트레스 호르몬 코티졸 측정 기술이 있기는 했지만 1년에 1~2번 정도 건강검진을 하거나 병원이나 전문 연구소를 찾아야 했다. 또 혈액을 채취해 전기화학 분석법이나 흡광 분석법 같은 방식으로 측정해야 해서 스트레스 지수를 실시간으로 측정할 수 없었다. 연구팀은 ‘꿈의 신소재’라고 불리는 2차원 물질 그래핀을 이용해 투명하고 유연하면서 무선통신이 가능한 코티졸 센서를 만들었다. 또 1차원 전도성 투명물질인 나노와이어를 그물망 구조로 만들어 신축성이 뛰어난 투명전극과 안테나를 만들었다. 연구팀은 초정밀 3D프린팅 기술로 만든 회로로 전극과 안테나, NFC칩 등 각 부품을 연결한 소프트 콘택트렌즈를 제작하는데 성공했다.이렇게 만들어진 소프트 콘택트렌즈를 착용하면 센서가 눈물 속 코티졸 농도에 따른 그래핀의 미세한 저항변화를 읽어내 스트레스 수치를 실시간으로 검출해 내는 원리이다. 이렇게 읽어낸 코티졸 농도는 렌즈 속 NFC칩을 통해 스마트폰으로 무선 전송된다. 렌즈를 착용후 스마트폰을 눈 주위로 가까이 가져가면 스트레스 지수를 스마트폰에 자동으로 전송돼 확인할 수 있게 되는 것이다. 연구팀은 콘택트렌즈를 실제로 착용한 뒤 성능과 안전성을 실험했는데 렌즈가 실제 착용상태에서도 정상 작동할 뿐만 아니라 렌즈에서 발생하는 열과 전자기파가 인체에 무해한 수준이라는 것이 확인됐다. 또 콘택트렌즈를 세척액이나 보관액에 담긴 뒤에도 형태와 기능이 그대로 유지되는 것도 관찰됐다. 박장웅 연세대 신소재공학과 교수(IBS 나노의학연구단 연구위원)는 “이번에 개발한 스마트 콘택트렌즈는 스트레스 수치를 실시간으로 정확하고 간단히 측정해 일상 속에서 스트레스 관리를 할 수 있도록 도울 수 있다는데 의미가 있다”라며 “이번 기술에 적용된 웨어러블 형태의 스마트폰 호환 센서는 모바일 헬스케어 기기의 플랫폼에 사용될 수 있을 뿐만 아니라 다양한 의료기기에 적용될 수 있을 것”이라고 말했다.다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

코로나19 대확산으로 많은 것들이 바뀌고 앞으로도 바뀔 것입니다. 코로나19 발생 이후 많은 변화 중 하나는 질병관리본부 브리핑에서 수어 통역사들의 참여입니다. 이전에도 방송국 차원에서 일부 프로그램에 수어 통역을 제공하기는 했던 것으로 기억되지만 이번처럼 정부 브리핑에 수어 통역사들이 전면에 나선 것은 처음이 아닌가 싶습니다. 이런 상황에서 청각장애인들이 불편함 없이 일상생활을 할 수 있도록 돕는 새로운 기술 하나가 또 등장했습니다. 미국 캘리포니아 로스앤젤레스대(UCLA) 생명공학과, 중국 충칭대 광전자공학과, 충칭사범대 물리·전자공학과 공동연구팀은 청각장애인이 특수 장갑을 끼고 수어를 하면 상대방의 스마트폰 애플리케이션(앱)에서 곧바로 문장으로 표시해 주는 장치를 개발했습니다. 수어 사용자와 수어를 모르는 일반인이 통역사 없이 직접 의사소통을 할 수 있게 해 주는 기술입니다. 이 같은 연구 결과는 전자, 전기공학 분야 국제학술지 ‘네이처 일렉트로닉스’ 6월 30일자에 실렸습니다. 기존에도 수어를 스마트폰이나 다른 전자기기에 번역해 주는 웨어러블 통역 시스템이 있기는 했습니다. 그렇지만 웨어러블이라고 하기에는 너무 크고 무거워서 착용하기가 불편할 뿐만 아니라 수어 인식 정확도가 떨어지고 번역 속도가 느려 효용성이 떨어졌다고 합니다. 연구팀은 손과 손가락의 움직임을 인식할 수 있고, 얇고 신축성이 있으며 센서가 달려 있는 장갑 한 쌍과 스마트폰 앱을 연결시켜 줄 수 있는 지름 3㎝ 정도의 무선 전송 장치가 달린 손목밴드로 구성된 장치를 개발했습니다. 또 수어 일부인 얼굴 표정과 입 모양을 포착하기 위해 수어 사용자의 눈썹 사이와 입 한쪽에 지름 1㎝ 정도로 동전보다 작은 반창고 형태의 접착식 센서도 만들었습니다. 손가락과 손, 얼굴의 움직임을 전기신호로 바꿔 손목밴드 장치로 보내면 이를 무선으로 상대방의 스마트폰에 전송하는 방식입니다. 스마트폰 앱에서는 초당 1~2단어 정도의 속도로 수어를 구어로 변환해 준다고 합니다. 수어 사용자와 무난하게 대화할 수 있는 수준이라고 합니다.첸준 UCLA 교수는 “이번 기술은 수어를 사용하는 사람과 비수어 사용자 간 직접 의사소통을 가능하게 해줄 뿐만 아니라 더 많은 사람들이 수어를 쉽게 배울 수 있도록 도와줄 것”이라며 “이번에는 영어 수어에만 적용됐지만 기본 원리를 활용하면 다른 언어의 수어까지 확장 가능할 것”이라고 말했습니다. 최근 장애인이 일상생활에서 맞닥뜨리는 어려움을 없애는 ‘배리어 프리’를 넘어 장애 유무, 성별, 연령, 문화적 배경에 상관없이 누구나 손쉽게 사용할 수 있는 제품이나 환경을 만드는 ‘유니버설 디자인’이 주목받고 있습니다. 예전에 비해 한국에서도 장애인에 대한 차별이 많이 줄었다고 하지만 여전히 부족한 면이 있는 것이 사실입니다. 장애인이 불편 없이 살기 위해서는 기술 발전과 사회의 인식 변화가 함께해야 하지 않을까요. edmondy@seoul.co.kr

DGIST 정보통신융합전공 권혁준 교수는 성균관대 김선국 교수 연구팀과 함께 24시간 실시간으로 생체 신호와 특정 움직임을 모니터링 할 수 있는 ‘피부 부착 패치형 건강 진단 센서 시스템’을 개발했다. 센서를 반창고 붙이듯 간단하게 피부에 부착해 건강 정보를 수집할 수 있어 향후 다양한 분야에서의 활용이 기대된다. 권 교수팀은 격렬한 운동이나 긴박한 응급 상황처럼 다양한 상황 속에서도 안정적인 생체 정보 수집을 가능케 하는 센서 개발에 집중했다. 그 결과, 일상생활에서 볼 수 있는 다양한 구조를 레이저로 정밀하게 제작, 신체 정보를 수집하는 센서의 안정성을 높이는데 성공했다. 권 교수팀은 구불구불 기어가는 뱀의 형상과 거미줄 구조에 착안해 큰 신체 움직임에도 센서가 손상 없이 작동할 수 있는 안정적인 구조를 구현했다. 더 나아가, 지그재그 모양의 종이 공예 구조를 응용해 센서가 수직 방향으로 갖는 신축성을 크게 향상시켜 인체의 격렬한 움직임에도 견딜 수 있도록 했다. 또 이번에 개발된 패치형 센서는 생체 친화적인 방수 재질로 제작돼 피부에 잘 부착되지 않아 정확한 정보를 얻기 힘든 문제점을 개선했다. 추가적으로 블루투스로 스마트폰과 연결이 가능해, 신체정보를 24시간 클라우드서버에 저장할 수도 있다. 이는 지속적인 관리가 필수적인 영유아와 독거노인, 위험한 환경에 노출되는 군인, 소방관 등 다양한 응급상황에 신속한 대처가 가능하도록 해 줄 것으로 기대된다. 권 교수는 “반창고 붙이듯 붙이기만하면 다양한 인체정보를 수집할 수 있어 매우 유용하며, 향후 가축과 같은 동물들의 질병 관찰과 모니터링에도 적용 가능 할 것으로 기대된다”고 말했다. 본 연구는 전기전자 분야 세계적 학술지인 IEEE(Transaction on Industrial Electronics) 온라인판에 11월 6일 게재됐다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

“피부의 바깥에 스미는 어둠 / 낯설은 거리의 아우성 소리 / 까닭도 없이 눈물겹고나” 1930년대 조선의 대표적 모더니즘 시인으로 알려진 김광균의 1939년 작품 ‘와사등’의 한 부분이다. ‘피부의 바깥에 스미는 어둠’이라는 부분은 중고등학교 국어시간에 배움직한 ‘촉각의 시각화’라는 공감각적 표현이다. ‘공감각’은 어떤 자극에 의해 일어나는 감각이 동시에 다른 영역의 감각을 일으키는 현상이다. 울산과학기술원(UNIST) 에너지및화학공학부, 미국 듀크대 화학과 공동연구팀은 외부 자극을 색상변화로 표현할 수 있는 인공전자피부기술을 개발해 문학적 표현법인 ‘공감각’을 현실화시켰다고 10일 밝혔다. 이번 연구결과는 재료 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈’에 실렸다. 기존에도 역학 변색형 고분자 소재를 활용해 전자피부를 만들 경우 별도 전원 공급 없이 외부 자극에 대해 색 변화를 보여줄 수 있었다. 문제는 색변화가 나타나기 위해서는 강한 외부 자극이 필요하다는 문제점이 있었다. 연구팀은 복합고분자소재(PDMS)에 마이크로미터 크기의 미세한 구멍을 만들고 그 안에 기계적 강도가 우수한 실리카 나노입자를 코팅해 외부 자극에 대한 민감도를 높인 인공전자피부를 만들었다. 마이크로 구멍과 실리카 나노입자에 의한 에너지 분산효과로 인해 신축성이 기존 기술과 비교해 최대 4배 정도 우수한 것으로 나타났다. 이번에 만든 기술은 PDMS 소재를 뼈대로 삼고 있기 때문에 은나노와이어 기반의 투명전극과 융합을 통해 마찰전기 센서로도 활용될 수 있다. 이번에 개발한 PDMS 전자피부 기술과 마찰전기 기술을 융합시킬 경우 음성인식, 동작인식 센서 등에도 활용할 수 있다. 고현협 UNIST 에너지및화학공학부 교수는 “이번 연구는 복잡한 전기신호 기반의 인공전자피부와는 달리 시각적 색의 변화로 외부 자극 세기를 표현할 수 있어 차세대 인공전자피부 기술에 대한 핵심역할을 할 것”이라며 “특히 색의 변화라는 시각적 변화가 직관적으로 정보를 제공함으로써 사용자가 접근하기가 더 용이할 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 반창고처럼 원하는 곳 어디에 붙이든 자동으로 생체신호를 수집하고 분석해 스마트폰 애플리케이션이나 병원으로 실시간 전송할 수 있는 전자피부를 개발했다. 대구경북과학기술원(DGIST), 광주과학기술원(GIST) 등 국내 연구진과 미국, 중국 공동연구진은 식물의 넝쿨 구조를 모방한 전선을 활용한 무선통신 기반 전자피부를 개발했다. 이번 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 최신호에 실렸다. 연구팀은 중앙처리장치(CPU), 메모리, 센서, 안테나 등이 포함된 집적회로소자와 스프링 형태의 신축성이 높은 전도선, 초연성 재질의 신소재를 결합시켜 고신축성 전자피부를 만들었다. 별도의 접착제 없이도 팔꿈치나 어깨 등 신체 어디에나 쉽게 붙일 수 있다. 또 독립된 컴퓨터처럼 생체신호의 수집, 분석, 저장이 가능하다. 장경인 DGIST 로봇공학전공 교수는 “이번에 개발한 전자피부는 언제 어디서든지 간편하게 부착해 스마트폰으로 자신의 건강 상태를 진단하고 병원으로 데이터를 전송할 수 있다”며 “도서산간 지역처럼 의료 사각지대에 있는 환자들의 원격진료 서비스에 이용될 수 있을 것”이라고 기대했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

현재 개발되고 있는 대부분의 로봇은 외피를 금속으로 만들던가 내부 기계장치를 그대로 드러낸 상태의 외형을 갖고 있다. 앞으로는 로봇도 사람처럼 다양한 촉감을 느끼고 외부 충격을 흡수할 수 있는 유연한 피부를 가질 수 있다. 카이스트 기계공학과 김정·박인규 교수 공동연구팀은 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘사이언티픽 리포트’ 최신호에 실리콘과 탄소나노튜브를 이용한 촉각 센서를 개발했다고 발표했다. 피부는 인체에서 가장 많은 부분을 차지하는 신체기관이다. 주요 장기를 외부 충격에서 보호하고 외부의 촉각 정보를 신경계에 전달하는 역할이다. 사람 피부와 비슷한 로봇 외피가 되려면 자유자재로 늘어나는 신축성과 오랜 사용에도 견딜 수 있는 내구성을 가져야 한다. 전기 배선도 최소화해야 한다. 현재 개발되고 있는 다양한 촉각 센서나 인공 피부 기술은 이에 못 미치고 있다. 연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해서 실리콘과 탄소나노튜브를 혼합시킨 복합재를 만들었다. 복합재 표면에 전극을 설치해 일정량의 전류를 흐르게 한 뒤 전류 변화를 통해 미세한 접촉까지 인식할 수 있는 ‘전기임피던스영상법’(EIT)를 적용했다. 복잡한 전기배선을 없애기 위해서다. 이렇게 만든 촉각센서는 망치로 내려치는 정도의 강한 충격에도 견딜 수 있으며 센서 일부가 파손됐을 경우에도 3D프린터를 이용해 손쉽게 복원이 가능하다. 김 교수는 “이번에 개발한 신축성 촉각센서는 기능성 나노복합소재와 컴퓨터단층법을 융합해 만들어 로봇피부뿐만 아니라 인체에 부착하는 의료기기에도 활용할 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

“평범한 셔츠가 아니에요. 심박동수와 호흡량, 스트레스 수치와 칼로리 소모량 등 다양한 생체인식 기능을 측정해 주는 옷입니다. 셔츠가 수집한 정보는 스마트폰에서 실시간으로 바로 확인됩니다. 입고 있는 옷을 통해 자신을 표현하는 것은 물론 컨디션까지 확인할 수 있습니다.” 패션과 정보기술(IT)을 합친 ‘웨어러블’ 시대를 구체화한 삼성물산 패션부문의 제품들이 독일 베를린에서 오는 9일까지 열리는 유럽 최대 가전박람회인 ‘IFA 2015’에서 인기를 끌고 있다. 차가운 IT 제품 사이에서 신사복 매장을 연상케 하는 삼성물산 패션무분 전시부스는 하루 3000명이 넘는 관람객들로 북새통을 이루고 있다. 패션 업계 최초로 유일하게 IFA에 참여한 삼성물산이 IFA에서 인기를 끌고 있는 것은 이번 무대를 통해 웨어러블 브랜드인 ‘더휴먼핏’을 처음 공개했기 때문이다. 삼성이 공개한 웨어러블 제품은 보디 콤파스, 스마트슈트, 온백, 퍼펙트 월렛 등 모두 4종이다. 삼성전자와 함께 개발 중인 보디 콤파스는 옷에 심전도와 근전도 센서가 내장돼 있어 입고만 있어도 심박과 호흡을 측정해 준다. 직물 소재의 센서와 신축성 있는 전도사로 만들기 때문에 착용감이 좋아 운동선수용으로도 제작이 가능한 ‘미래의 옷’으로 평가받는다. 온백은 스마트폰 무선 충전은 물론 배터리 잔량 체크, 휴대전화 위치 찾기 등의 기능도 갖췄다. 당장 삼성물산 패션부문 여성 액세서리 브랜드인 라베노바의 가을 신상품에 적용해 최근 출시했다. 스마트슈트는 스마트 기능이 적용된 양복이다. 사용자가 스마트폰을 근거리무선통신(NFC) 칩이 내장된 양복 슈트의 손목 단추에 대면 회의 때 걸려오는 전화 벨소리를 설정된 기능에 따라 무음 모드로 바꾸거나 상대에게 명함도 보낼 수 있다. 교통카드, 회사 출입증으로까지 기능을 확대할 수 있다는 설명이다. 삼성물산 패션부문 측은 “웨어러블 제품은 단순한 IT 기능을 넘어 이제는 빅데이터를 분석해 사용자에게 정보나 경험을 제공하는 서비스로 진화하고 있다”면서 “기술을 기반으로 하지만 패션과 결합해 더 큰 가치를 창출해 낼 것”이라고 설명했다. 주현진 기자 jhj@seoul.co.kr

영화 터미네이터에서 아놀드 슈워제네거가 열연했던 T-800 모델은 금속합금에 인간생체조직피부가 덧씌워져 육안으로는 로봇인지 인간인지 전혀 구분할 수 없다. 뿐만 아니라 이 생체조직은 근육역할도 함께 수행해 약간 딱딱한 감은 없지 않지만 사람과 거의 흡사한 자연스러운 몸놀림이 가능하게 해줬다. 하지만 곧 영화처럼 자연스러운 움직임이 가능한 로봇을 실제 만나볼 수 있을지도 모르겠다. 영국 과학기술전문매체 ‘Phys.org’는 미국 일리노이대학 어바나-샴페인캠퍼스 생명공학 연구진이 생체근육조직이 덮인 ‘바이오 봇’ 개발에 성공했다고 30일(현지시각) 보도했다. 직사각형 모양의 길이 6㎜인 바이오 봇은 기존 로봇처럼 전기모터가 아닌 생체골격근조직으로 움직이며 전기 자극에 따라 이동방향을 제어할 수 있다. 골격근조직은 고등척추동물의 골격에 부착돼 운동을 제어하는 기관으로 수백 개에 달하는 골격근이 상호작용하면서 다양한 움직임이 가능하도록 도와준다. 연구진은 친수성 고분자로 유동성이 뛰어난 히드로겔을 3D 프린팅한 뒤 이를 실험용 쥐의 심장조직세포와 합성해 골격근조직으로 움직이는 바이오 봇을 만들었다. 바이오 봇은 기존 로봇처럼 무겁고 둔한 모터방식이 아닌 역동적이고 유연한 생체조직으로 구동되기에 보다 자유롭고 신축성 있는 동작수행이 가능하다. 바이오 봇의 활용 가능성은 무궁무진하다. 바이오 봇을 해파리나 문어 같은 형태로 만들어 금속로봇이 수행하기 어려운 심해의 협곡이나 복잡한 지형 탐사를 수행하게 할 수 있고 그 외 구조 작업, 자연 재해 구호에 응용시킬 수도 있다. 로봇의 강인함과 인간의 유연함이 모두 공존하기에 가능한 발상이다. 또한 로봇과 생체 조직의 통합이라는 개념은 미래 의학 분야에서 인공사지(四肢) 개발로 이어질 수 있다. 보다 인간의 실제 팔·다리와 흡사한 인공 몸을 만들 수 있는 설득력있는 가능성을 제시해주는 것이다. 일리노이대학 어바나-샴페인캠퍼스 생명공학과 라시드 바쉬르 교수는 “현재 이 세포 구조를 자율신경으로 발전시키는 연구를 진행하는 중”이라며 “지금처럼 인공적인 전기신호가 필요없이 자율센서로 알아서 구동되는 바이오 봇을 의미한다. 예를 들어, 특성 독성 물질을 발견하면 센서가 자동으로 반응해 해당 장소로 이동할 수 있게 만든다는 것”이라고 설명했다. 한편 이 연구결과는 미국국립과학원회보(Proceedings of National Academy of Sciences) 온라인 판에 게재됐다. 동영상·사진=youtube/phys.org 조우상 기자 wscho@seoul.co.kr

영화 터미네이터에서 아놀드 슈워제네거가 열연했던 T-800 모델은 금속합금에 인간생체조직피부가 덧씌워져 육안으로는 로봇인지 인간인지 전혀 구분할 수 없다. 뿐만 아니라 이 생체조직은 근육역할도 함께 수행해 약간 딱딱한 감은 없지 않지만 사람과 거의 흡사한 자연스러운 몸놀림이 가능하게 해줬다. 하지만 곧 영화처럼 자연스러운 움직임이 가능한 로봇을 실제 만나볼 수 있을지도 모르겠다. 영국 과학기술전문매체 ‘Phys.org’는 미국 일리노이대학 어바나-샴페인캠퍼스 생명공학 연구진이 생체근육조직이 덮인 ‘바이오 봇’ 개발에 성공했다고 30일(현지시각) 보도했다. 직사각형 모양의 길이 6㎜인 바이오 봇은 기존 로봇처럼 전기모터가 아닌 생체골격근조직으로 움직이며 전기 자극에 따라 이동방향을 제어할 수 있다. 골격근조직은 고등척추동물의 골격에 부착돼 운동을 제어하는 기관으로 수백 개에 달하는 골격근이 상호작용하면서 다양한 움직임이 가능하도록 도와준다. 연구진은 친수성 고분자로 유동성이 뛰어난 히드로겔을 3D 프린팅한 뒤 이를 실험용 쥐의 심장조직세포와 합성해 골격근조직으로 움직이는 바이오 봇을 만들었다. 바이오 봇은 기존 로봇처럼 무겁고 둔한 모터방식이 아닌 역동적이고 유연한 생체조직으로 구동되기에 보다 자유롭고 신축성 있는 동작수행이 가능하다. 바이오 봇의 활용 가능성은 무궁무진하다. 바이오 봇을 해파리나 문어 같은 형태로 만들어 금속로봇이 수행하기 어려운 심해의 협곡이나 복잡한 지형 탐사를 수행하게 할 수 있고 그 외 구조 작업, 자연 재해 구호에 응용시킬 수도 있다. 로봇의 강인함과 인간의 유연함이 모두 공존하기에 가능한 발상이다. 또한 로봇과 생체 조직의 통합이라는 개념은 미래 의학 분야에서 인공사지(四肢) 개발로 이어질 수 있다. 보다 인간의 실제 팔·다리와 흡사한 인공 몸을 만들 수 있는 설득력있는 가능성을 제시해주는 것이다. 일리노이대학 어바나-샴페인캠퍼스 생명공학과 라시드 바쉬르 교수는 “현재 이 세포 구조를 자율신경으로 발전시키는 연구를 진행하는 중”이라며 “지금처럼 인공적인 전기신호가 필요없이 자율센서로 알아서 구동되는 바이오 봇을 의미한다. 예를 들어, 특성 독성 물질을 발견하면 센서가 자동으로 반응해 해당 장소로 이동할 수 있게 만든다는 것”이라고 설명했다. 한편 이 연구결과는 미국국립과학원회보(Proceedings of National Academy of Sciences) 온라인 판에 게재됐다. 사진=phys.org 조우상 기자 wscho@seoul.co.kr

언제 갑자기 찾아올지 모를 ‘심장마비’의 공포로부터 해방될 수 있는 것일까? 최근 멈추는 일 없이 영원히 가슴 속에서 뛸 수 있는 무한동력 ‘인공심장’이 개발돼 학계의 관심이 집중되고 있다. 지난달 25일(현지시간), 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 온라인 판에는 한 가지 흥미로운 보고가 올라왔다. 미국 일리노이대 어바나-샴페인캠퍼스·워싱턴대 공동 연구팀이 3D프린터로 멈추지 않는 ‘인공심장’을 개발했다는 것. 연구진은 금형 막대에 컴퓨터로 스캔한 생체조직을 덧씌워 마법 같은 무한동력 심장을 만들어냈다. 이 심장의 특징은 크게 두 가지다. 첫째는 신축성이 좋은 얇은 막이 첨가돼있어 크기 조절이 가능하다는 것이고 둘째는 전기신호 센서가 내재되어 있어 심장 움직임을 실시간 모니터링하며 조절할 수 있다는 것이다. 즉, 맥박이 비정상적으로 빨라지거나 느려지는 ‘부정맥’, 관상동맥이 막히며 발생하는 ‘심근경색’ 등이 갑자기 나타나도 이 인공심장은 안정되게 컨트롤이 가능하다는 장점이 있다. 따라서 심혈관계 질환예방에 큰 도움이 될 것으로 전문가들은 평가하고 있다. 다만 아직 개발초기이기에 심장 크기는 ‘토끼’에 맞춰져있으며 사람에게 적용되기 위해서는 10~15년의 연구기간이 더 필요하다. 이와 관련해 존 로저스 연구원은 “심장이 인체와 완벽한 조합을 이룰 수 있도록 노력 중”이라고 밝혔다. ☞☞동영상 보러가기 사진=University of Illinois at Urbana-Champaign and Washington University 조우상 기자 wscho@seoul.co.kr

◎제임스 본드와 맥가이버의 대결/견구조와 유구조의 미래관계는/가방형에서 보자기형으로 바뀌는 문명/빈틈없는 계획… 합리성의 절정/서구 가방형문화/우연 극대활용… 임기응변 능통/한국 보자기형/「넣기」와 「싸기」/가방은 산업사회의 대표적 상징물/기능성 앞서지만 고정된 하드웨어/보자기는 입체적 자기부피 안가진/가변적인 복합기능의 소프트웨어 □황규호문화부장=후기 산업사회에서는 융통성이 있는 유구조가 합리주의 일변도의 견구조보다 더 각광을 받게 될 것이라는 말씀을 하셨는데 오늘은 그점에 대해서 자세한 이야기를 듣고 싶습니다.특히 평소의 지론이신 보자기문화와 관련하여 이 문제를 풀어가 보았으면 합니다. ■이어령전문화부장관=우리가 국민학교를 다닐 때 만해도 보자기로 책을 싸가지고 다녔지요.책보라는 것이 그것입니다.그런데 근대화와 함께 점차 이 보자기는 책가방에 밀려 사라지고 맙니다.그러니까 책가방은 산업사회의 근대성을 상징하는 것이었고 책보는 전근대의 유물로 생각되었지요.지금도 잊을 수 없는 그 기억은 가죽으로된 란도셀(등에 메는 책가방을 그렇게 불렀지요)을 처음 메고 학교에 갔었을 때의 그 느낌입니다. ○원초적인 근대체험 □보자기에서 가방으로…이것이 가장 원초적인 근대체험이 되었다는 말씀이시군요.확실히 보자기보다는 가방이 편리하지요.일일이 싸고 매는 번거로움도 없고 들기도 편하고 말입니다. ■그러니까 지금 생각해보면 교과서에서 근대를 배운 것보다는 그 교과서를 들고 다니는 방법을 통해서 더 많은 근대의 의미를 배우게 된 것같습니다.(웃음)무명 책보를 버리고 가방을 등에 메었을 때 아이들은 편리성 기능성 그리고 상품성이라는 근대의 마력을 몸에 익히게 된 것입니다.그런데 동시에 책보에서는 볼수 없는 가방의 비극이라는 것도 차차 눈치채게 된 것입니다.책보는 푸르면 그만이지요.책이나 공책을 책상안에 넣으면 한장의 보자기만이 남습니다.그리고 그것은 아무데나 구겨서 넣을 수 있습니다.그런데 가방은 그렇지가 않아요.책이나 도시락을 꺼내도 여전히 가방은 가방 그대로의 모습을 하고 있습니다.책을 넣을 때나 꺼낼 때나아무 관계없이 그 부피 그 형체 그대로입니다.정말 눈치도 모르는 멍청한 놈이지요. □그러고 보니 정말 가방이야말로 융통성이 없는 견구조의 대표적인 상징물이라고 할 수 있군요. ■어디 그뿐입니까.책가방은 미리 용도에 따라 설계된 공간이므로 얇은 공책을 넣는데와 두꺼운 책을 넣는데가 다르고 필통과 도시락을 넣는데가 따로 칸막이가 되어 있습니다.책보는 모든 물건을 한꺼번에 두루 뭉실로 싸버리면 그만이지만 책가방은 분류하고 구분하고 그 크기를 가려서 정해진 곳에 넣어야 합니다.그러기 때문에 어쩌다 학교에서 돌아오는 길에 참외밭에서 일하던 동리 아저씨가 참외를 따주면 그것을 넣어가지고 올데가 없지요.(웃음)그러나 책보같으면 문제가 없습니다.어떤 우연의 행운이 생기더라도 가방과는 달리 보자기는 둥그런 것도 네모난 것도 그리고 수박이나 술병이나 어떤 형태이든 관계없이 모두 포용할 수가 있습니다.보자기는 가방처럼 칸막이가 없습니다.딱딱한 그리고 입체적인 자기 부피를 가지고 있지 않습니다.이것이 바로 포용성과 융통성그리고 가변성으로 이루어진 보자기 특유의 유구조이지요. □요즘 유행하는 말로 하자면 가방을 하드웨어라고 한다면 보자기는 소프트웨어 쪽이라고 할 수 있겠군요. ■그렇지요.어떻게 쓰느냐.보자기는 쓰기에 따라 여러가지 기능을 갖게 됩니다.가방은 물건을 넣는 용기로서 고정되어 있지만 보자기는 상황과 쓰는 사람의 욕망에 따라 수시로 그 기능과 목적이 달라집니다.들어 올때에는 쓰고 나갈때에는 싸가지고 가는 것이 바로 도둑의 보자기입니다.(웃음)이렇게 얼굴에 쓰기도 하고 싸기도 하고 가리고 덮고 깔고 매고 펴고 온갖 경우에 복합적으로 쓰입니다.시쳇말로 하면 「멀티」기능이지요. □그렇다면 한국의 문화적 원형은 보자기적인 것이고 서양의 그것은 가방과 같은 것이라고 생각하고 계신지요. ■맞습니다.보자기와 가방의 비교는 서구문화와 동양문화(한국 일본)의 차이와 그 특성을 유효하게 설명해주는 모델이 될 수 있습니다.단순한 상징적 모델만이 아니라 실제로 서양의 근대화는 가방의 발명과 사용에서 비롯되었고 한국 일본의 전통문화는 세계에서 찾아보기 힘든 보자기 문화를 만들어 냈습니다.어느나라나 보자기 형태의 도구는 있지만 한국처럼 다양하고 다채롭게 보자기를 개발한 민족은 찾아보기 힘듭니다.그 증거로 보자기의 수집 연구가인 허동화씨는 유럽각지에서 그리고 같은 동양문화권인 일본에서도 보자기 전시회를 열어 그들에게 큰 충격을 주었던 사실을 들 수가 있습니다. ○한·양복기능의 차이 □그러나 단순히 보자기라는 물건 자체가 아니라 그것이 펼치고 있는 상상력이나 상징성이나 구조적인 의미가 중요하다는 것이지요. ■물론입니다.문화의 비교에서 촉매어(동사)처럼 중요한 것이 없습니다.보자기에 걸리는 기본적인 술어는 싸다(포)입니다.그리고 가방에 걸리는 그것은 넣다입니다.어떤 물건을 싸느냐 넣느냐의 선택자에 따라서 아주 다른 문화가 형성됩니다.가령 사람의 몸을 두고 생각해 봅시다.옷을 몸을 싸는 것으로 생각했느냐 그렇지 않으면 몸을 넣는 것으로 생각했느냐에 따라 의상의 개념이 근본적으로도 달라집니다.양복과 한복의 근본적인 차이는 어디에있습니까.양복이 인체를 넣는 가방이라고 한다면 한복은 인간의 몸을 싸는 보자기라고 할수 있지요.한쪽 옷은 넣으려 하였기 때문에 입체적으로 만들어져 사람이 입지 않아도 자기 형태를 지니고 있습니다.그래서 양복은 걸어놓아야 하지요.그러나 한복은 보자기처럼 싸는 것이기 때문에 벗어놓으면 마치 보따리를 푼 보자기처럼 평면성으로 돌아갑니다.그래서 한복은 거는 옷이 아니라 개켜두는 옷이지요. □정말 그렇군요.갑주(갑주·갑옷과 투구)같은 것이 바로 인체를 넣는 옷이라고 할 수가 있는데 물건을 꺼내도 형체가 달라지지 않은 가방처럼 갑주는 벗어도 입체적인 자기 형태가 변하지 않습니다.「넣기」와 「싸기」의 두 지향성은 어느 분야 어느 경우에도 선명하게 적용될 것같군요. ■도시도 그렇지요.서양의 도시는 바둑판이나 방사형같은 길거리를 미리 만들어 거기에 집과 사람을 집어넣은 것입니다.그러나 한국이나 일본의 도시를 보면 먼저 사람과 집이 생기고 길거리와 구획이 이들을 보자기처럼 싸지요.아무리 계획도시라고해도 동양의 도시는서양의 그것에 비해 규격성이나 정형석이 결여된 것처럼 보이는 이유도 바로 그점에 있다고 할 것입니다.넣기의 가방문화와 싸기의 보자기문화는 조직론과 같은 추상적인 현상에서 건축물과 같은 구체적인 형태물에 이르기까지 광범위하게 적용되는데 신발하나만 보아도 가죽구두는 발을 넣으려 한 것이고 우리의 짚신은 발을 싸려고 한데서 비롯된 산물입니다. □그런데 조금전에 보자기가 가방에 밀려나는 국민학교 교실에서 근대체험을 하셨다고 말씀하셨는데 결국은 「넣기」와 「싸기」두 지향성에서 결국 보자기는 가방에게 패배하고 만 것이지요. ■되풀이 되는 말이지만 산업화시대에서는 그러했습니다.그러나 앞으로 오는 세기에는 다 그것이 다시 역전되어 「넣기」에서 「싸기」로 모든 패러다임이 바뀌게 된다는 것이지요.내말을 오해하지 마십시오.국민학교 아이들이 책가방을 버리고 책보를 들고다닌다는 이야기가 아닙니다.새로운 형태의 보자기 문화가 생겨난다는 것이지 과거로 복고한다는 의미는 아니니까요…. □새로운 보자기의 문화란 어떤 것입니까.그리고 정말 그 역전현상이 벌어지고 있다면 어떤 것인지 구체적인 예를 들어 설명해 주실수 있으십니까. ■백화점에 가서 아이들 장난감 가게를 들여다보면 금시 알수 있어요.종래의 장난감은 고정형입니다.비행기라든가 자동차라든가 완성형이지요.그러나 요즈음 장난감은 변신로봇처럼 한가지 장난감이 비행기모양이 되기도 하고 자동차로 바뀌기도 합니다.단 기능에서 복 기능으로 장난감의 개념이 바뀐 것입니다.장난감은 미래의 현실이 아닙니까.모든 것이 그렇게 변화할 것입니다. ○변신 장난감의 시사 □기업에서는요.현재 어떤 징후가 있습니까. ■탱커나 도크를 예로 듭시다.지금까지의 탱커는 대형이든 소형이든 일정한 용적이 정해져 있습니다.몇t급으로 말입니다.그런데 유가가 오르면 큰 탱커가 유리하고 하락할 때에는 작은 탱커가 효율성이 높다고 합니다.그래서 큰 탱커를 부숴서 소형 탱커를 만들기도 하고 거꾸로 소형을 버리고 큰 탱커로 바꾸는 일이 많았지요.그러나 요즈음에는 상황변화에 적응하여 보자기처럼 커지기도 작아지기도하는 신축성 있는 탱커설계를 연구중이지요.이에따라 독크설계도 큰배도 작은 배도 접안할 수 있도록 다목적 신축성을 지닌 것으로 바뀌고 있다는 것이지요.이렇게 모든 정형성을 넘어서 융통성을 주어 수시로 변화하는 상황에 적응할 때 미래 사회에 살아남을 수가 있습니다. 이런 예는 너무 많아서 일일이 예거할 수가 없습니다.지금까지 경기장은 노천이냐 옥내냐 하는 이분법에 의해서 설계되었지요.그러나 앞으로는 날이 갤때에는 노천 경기장이 되고 비가 올때에는 옥내경기장으로 형태가 바뀌는 보자기 형 경기장이 출현하게 됩니다.벌써 일본 후쿠오카에 건립중인 도에이 야구 경기장은 그 지붕 돔이 열렸다 닫혔다 하는 가변식으로 되어 있습니다.이것과는 좀 다른 예지만 이탈리아에는 기후와 일광조건에 따라 지붕기와 색깔이 수시로 변하는 최첨단 집을 지은것도 있습니다. □추상적인 조직이론에서도 보자기와 가방의 교체현상이 일어나고 있는지요…. ■그래요.전번에 말씀드린 관료조직은 가방식입니다.넣을 것이 있든 없든 용기자체의 틀이 있는 가방처럼 관료조직은 일이 있든 없든 조직자체가 선행합니다.그러나 조직을 보자기 식으로하면 일거리가 있을 때에는 조직이 있고 일거리가 없을 때에는 그 조직도 해체됩니다.뷰로크래시에 대응하는 애드호크래시의 예를 들었는데 바로 후자가 물으면 없어지는 보자기 조직입니다.영화는 8할이 인건비인데 영화조직을 관료조직처럼 했다가는 다 망합니다.영화를 만들때에는 생겨났다가 다 찍으면 해체되어 버리는 이른바 프로듀서식 제작방법이 보자기식 조직이라고할 수 있습니다. 앞으로 가방같은 조직을 가진 기업은 망하게 될 것이며 보자기 같은 유구조로된 기업은 반드시 흥하게 될 것입니다. ○탄피로 교회종 제작 □산업문명이 가방문화에서 보자기문화로 전향된다면 결국 보자기 문화의 왕국인 한국 또는 일본은 서구사람들보다 더 많은 발전 가능성을 지니고 있다고 할 수 있겠지요. 이른바 합리주의로 굳은 카르테시언의 서구의 세계시스템이 바뀌어 가고 있다는 것은 분명합니다.제임스 본드의 영웅형은 이제 구식이 되어버리지 않았습니까.제임스 본드는 사람보다도 그가 들고 다니는 007가방으로 유명하였지요.위기에 대처하는 빈틈없는 계획성 합리적 대비등이 바로 서구 산업문화의 절정을 나타내는 그 가방이지요. 그런데 요즈음 텔레비전에 등장하는 영웅은 어때요.맥가이버는 이미 007가방같은 것을 들고 다니지 않은 것으로 인기가 높습니다.그는 언제나 빈손으로 들어가 임기응변의 변통술로 위기를 벗어나지요.믹사기를 이용하여 전파 방해를 하여 탈출한다거나 권총의 방아쇠를 몽키스파너의 대용물로 이용한다거나….맥가이버는 합리성과 예비성보다는 항상 우연성을 이용합니다.어떤 물건을 본래의 용도와는 달리 응용하는 것으로 새로운 기능을 만들어 내는 것이 맥가이버의 영웅성이라고 할 수 있지요. 한국인은 합리성보다 임기응변하는 변통술에 능합니다.6·25 전쟁때 포탄의 탄피를 주워다가 교회당 종을 만들어 치고 찌그러진 헬멧을 두레박으로 만들고 맥주깡통이나 드럼통을 응용하여 난로에서 지붕에 이르기까지 별의 별 것을 다 만들어 냈습니다.사실 오늘날 한국의 전자기술이나 자동차기술은 미군부대에서 버려진 물건들을 모아 폐품들을 응용하는 특이한 기술에서부터 탄생된 것이라고 해도 과언이 아닐 것입니다. □일본은 발명보다 개발에 더 능하다는 평을 받고 있는데 그것 역시 보자기 기술이라고 보아도 좋을는지요. ■객관적인 과학기술도 따지고 보면 그 나라의 문화성과 깊은 연관성이 있다고 할 수 있습니다.사운드 센서라는 것은 소리를 감지하여 반응하는 자동제어장치인데 이 기술은 원래 미국에서 월남전때 게릴라들의 야간 기습을 막기 위해 생겨난 것이었지요.그런데 일본사람들은 이 군사기술을 맥가이버식으로 엉뚱한 분야에 응용하여 히트 상품을 개발해 냈지요.가령 요람에 재우던 아이가 일어 나 울면 그 소리를 듣고 사운드 센서가 자동으로 요람을 흔들어 주는 베이비 용품을 만들고 또는 코고는 소리를 사운드 센서를 이용해 정정지로 자극을 주어 그 소리를 멈추게 하는 코골기 방지기를 만든 것등이 그렇습니다(웃음). ○밀착형 육아법 중시 □보자기의 발상을 정보화사회에 적용하면 새로운 상품개발은 물론이고 인간관계 경영조직관리등에 새바람을 불러 일으킬 수 있다는 확신이 생깁니다. ■모든 문제에 봉착하였을 때 이것을 넣을 것이냐 쌀 것이냐로 판단하여 지금까지 넣어왔던 것을 싸버리는 발상으로 패러다임을 바뀌어 가면 새로운 지평이 보인다는 것이 내 실제 경험이고 소신입니다.아이를 기르는 것도 그렇지요.아이를 요람이나 유모차에 넣고 끌고 다니는 것은 생명을 넣어기르려는 발상이고 우리처럼 업거나 포대기에 싸서 안고 다니는 것은 아이를 싸서 기르는 발상에서 나온 산물입니다.지금 서양의 육아법에서도 스킨십을 소중히 여기고 있어서 종래의 상자에 격리해서 기르는 것보다 한국의 경우처럼 모자 밀착형 육아법이 바람직 한 것으로 변해가고 있지요.세계에서 한국만이 요람을 사용하지 않고 애를 기른 유일한 민족이라고 해도 과언이 아닐 것입니다.육아법에도 보자기 형과 가방형이 있다는 것을 잊어서는 안됩니다. □요람은 가방이고 포대기는 보자기인 셈이군요.아이도 넣느냐 싸느냐에 따라 그 육아법이 달라진다는 사실,이를테면 격리형육아에서 밀착형육아법으로….대담을 해 갈수록 우리의 옛 것속에 바로 21세기의 새로운 길이 있다는 온고지신의 마음을 실감할 수 있을 것 같습니다.