[파퓰러사이언스 2월호] 생각만으로 로봇을 맘대로 움직인다

`상상만으로 인공 수족이나 로봇을 움직인다`

미국 듀크대 연구팀이 원숭이 실험을 통해 단순히 생각만으로 로봇을 움직일 수 있다는 사실을 증명함으로써 뇌와 기계간의 인터페이스 시대가 열리고 있다. 뇌속의 뉴런의 모양을 인식할 수 있는 모자를 쓰고 여기서 발생하는 전기신호를 무선으로 받은 휴대용 PC를 통해 인공 수족이나 로봇을 조종하는 일이 멀지 않아 일어날 수 있다는 희망을 던져주고 있다. 파퓰러사이언스 2월호가 커버스토리로 올린 `정신과 기계의 결합`을 정리해본다.

◇생각만으로 로봇을 움직이는 원숭이= 듀크대의 신경공학 연구실에서는 믿기지 않은 일이 벌어지고 있다. 원숭이가 생각하는 것만으로도 로봇의 기계 팔이 좌우로 움직이고 기계 손은 주먹처럼 꽉 쥐어졌다 풀어졌다 하는 현상을 보인다.

로봇 팔과 손에 전달되는 지시는 어디에서 어디로 전달되는 것일까. 의자에 묶인 채 PC 화면을 응시하는 원숭이의 머리에 심겨진 수백 개의 미세전선은 모자에 설치된 전극을 거쳐 PC로, 다시 다른 방에 있는 로봇으로 연결돼 있다. 화면에는 조이스틱에 따라 상하 좌우로 움직이는 점이 있고 점 주위로는 크기가 변동되는 원이 있다.

이 대학의 미구엘 니콜리스 신경공학센터소장과 채핀 연구원은 원숭이가 조이스틱을 상하로 움직일 때마다 주스를 준 다음 움직일 때 뇌 속의 수억 개의 뉴런에서 발생하는 신호를 전극을 통해 PC에 기록했다. 그 다음에는 실제 조이스틱의 움직임이 없이 생각만으로 똑같은 신호를 발생시켰을 때 주스를 줬다.

연구팀의 목표는 지체 장애자들의 머리에 전극과 소형프로세서를 이식하고 인조팔, PC를 이용해 물을 마실 수 있도록 하는 것. 연구팀은 5년 이내에 이 같은 시스템으로 움직이는 로봇 팔 제작이 가능해질 것이라고 장담한다.

◇미 국방부 6개 분야에 2,400만달러 지원= 듀크대 연구팀이 성공을 거두자 일반대중들과 기업들이 높은 관심을 갖기 시작했다. 미 국방부 계획국은 지난해 뇌-기계 인터페이스 개발 프로그램(BMI)을 발족, 2,400만달러의 초기 연구비를 6곳의 연구팀에 지원했다. 미시간대는 보다 정교한 직립형 로봇을 인간의 생각만으로 조종할 수 있는 연구를 진행하고 있다. 이 과학자들은 쥐가 좌우 이동을 제어하는 레버를 눌러, 바퀴벌레처럼 여섯 개의 다리로 돌아다닐 수 있는 로버트 `렉스(RHex)`를 조종할 수 있도록 학습시킨 후 듀크대의 원숭이처럼 뇌파의 패턴을 해독, 생각만으로 같은 결과를 산출하는 방법을 연구하고 있다.

한 때 BMI 프로그램 책임자였던 알랜 루돌프는 “몇십년내에 병사들이 배낭에 든 신호처리 슈퍼 컴퓨터와 함께 착용할 수 있는 헬멧 모양의 스캐너 개발이 가능하도록 일부 연구원들에게 과제를 부여했다”고 말했다.

◇학습기능 감안할 때 예상외 진전 가능성= 뇌와 기계 간의 인터페이스의 핵심요소는 학습이다. 듀크대 연구팀은 원숭이가 뇌로 로봇을 직접 조종할 때 활발하게 활동하는 뉴런이 있다는 것을 발견했다. 원숭이 뇌가 로봇을 이해하고 대뇌피질의 다른 부위에 이 로봇을 표시한다는 것이다. 이 과정에서 로봇이 원숭이의 실제 팔처럼 신체의 일부로 느껴지기 시작할 수 있다고 니콜리스는 추측한다.

뇌-기계 인터페이스가 전쟁터에 모습을 드러낼 지 여부는 불확실하지만 의료용으로 사용될 가능성은 매우 높다. 울프는 듀크대 연구팀이 5년의 연구기한을 지킬 것이라고 확신하고 있다.

<정리=오현환 기자 [e-mail]>