“사지마비 환자들에게 희소식” 생각만으로 로봇팔 조종했다

[헤럴드경제=구본혁 기자] KAIST 정재승 교수가 사지마비 환자들과 사고로 팔을 잃은 이들에게 희망을 선사할 연구성과를 발표했다.

한국과학기술원(KAIST)은 바이오및뇌공학과 정재승 교수 연구팀이 3차원 공간에서 생각만으로 로봇팔을 조종할 수 있는 뇌-기계 인터페이스 시스템을 개발했다고 23일 밝혔다. 이번에 개발한 기술은 기존 기술보다 월등하게 높은 92%의 높은 정확도를 갖췄다.

뇌 활동만으로 사람의 의도를 파악해 로봇이나 기계가 대신 행동에 옮기는 ‘뇌-기계 인터페이스’ 기술은 최근 급속도로 발전하고 있다. 하지만 손을 움직이는 정도의 의도 파악을 넘어, 팔 움직임의 방향에 대한 의도를 섬세하게 파악해 정교하게 로봇팔을 움직이는 기술은 아직 정확도가 높지 않았다. 또 뇌파는 개개인의 차이가 매우 크고, 단일 신경 세포로부터 정확한 신호를 읽는 것이 아니라 넓은 영역에 있는 신경 세포 집단의 전기적 신호 특성을 해석해야 하므로 잡음이 크다는 한계점을 가지고 있다.

연구팀은 이번 연구에서 조종 방향에 대한 의도를 뇌 활동만으로 인식하는 인공지능(AI) 모델을 개발했고, 그 결과 3차원 공간상에서 24개의 방향을 90% 이상의 정확도로 정교하게 해석하는 시스템을 개발했다.

뇌-기계 인터페이스 인공지능 모델은 3차원상에서 24가지 방향 즉, 각 차원에서 8가지 방향을 디코딩할 수 있으며 모든 방향에서 평균 90% 이상의 정확도 (90.9%~92.6% 범위)를 보였다. 또 3차원 공간상에서 로봇팔을 움직이는 상상을 할 때의 뇌파를 해석해 성공적으로 로봇팔을 움직이는 시뮬레이션 결과를 보였다.

김훈희 KAIST 박사는 “공학적인 신호처리 기법에 의존해 온 기존 뇌파 디코딩 방법과는 달리, 인간 뇌의 실제 작동 구조를 모방한 인공신경망을 개발해 좀더 발전된 형태의 뇌-기계 인터페이스 시스템을 개발했다”면서 “향후 뇌의 특성을 좀 더 구체적으로 이용한 뇌 모방 인공지능을 이용한 다양한 뇌-기계 인터페이스를 개발할 계획”이라고 말했다.

정재승 교수는 “뇌파를 통해 생각만으로 로봇팔을 구동하는 뇌-기계 인터페이스 시스템들 대부분 고사양 하드웨어가 필요해 실시간 응용으로 나아가기 어렵고 스마트기기 등으로 적용이 어려웠다”면서 “이번 시스템은 92%의 높은 정확도를 가진 의도 인식 인공지능 시스템을 만들어 메타버스 안에서 아바타를 생각대로 움직이게 하거나 앱을 생각만으로 컨트롤하는 스마트기기 등에 광범위하게 사용될 수 있다”고 설명했다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘어플라이드 소프트 컴퓨팅’에 게재됐다.