뇌졸중 후 편마비를 겪는 노인이 ‘생각’만으로 로봇 팔을 제어해 스스로 식사를 하고 상체 기능 장애 환자가 ‘운동 상상’만으로 외골격 장치를 구동해 재활 훈련을 진행하는 장면. 이는 공상과학 영화 속 이야기가 아니라 창저우대학교 ‘뇌-기계 융합 및 머신 인텔리전스’ 연구팀이 뇌-기계 인터페이스 기술을 활용해 현실에서 구현하고 있는 모습이다.

   이 연구팀은 ‘자율 식사’와 ‘능동 재활’이라는 두 가지 현실적 수요에 초점을 맞춰 지능형 식사 보조 로봇 시스템과 뇌-기계 인터페이스 기반 상체 능동 재활 훈련 시스템을 개발했다. 현재 두 기술 모두 실험실 시제품 단계에서 산업화로 전환하는 중요한 단계에 있다.

   연구팀 책임자인 저우링(邹凌)은 “지능형 식사 보조 로봇은 주로 요양시설, 지역 주간보호센터, 장애인 재활기관 등에서 생활 능력을 상실한 이용자를 대상으로 한다”고 설명했다. 기존의 수작업 급식은 고강도 돌봄 인력에 의존해 효율성과 서비스 경험을 동시에 확보하기 어려웠다. 연구팀이 개발한 시스템은 사용자가 ‘식사하고 싶다’고 생각할 때 발생하는 뇌파 신호를 포착해 이를 해석하고 로봇 팔을 제어해 음식 인식, 집기, 급식까지 일련의 동작을 수행한다. 즉 생각을 실제 행동으로 전환하는 구조다.

   ‘의념 제어 식사’를 구현하기 위해서는 세 가지 난제를 해결해야 했다. 첫째 일상적이고 복잡한 환경에서 미약한 ‘식사 의도’ 뇌파 신호를 안정적으로 수집하고 정밀하게 분석하는 기술이다. 둘째 머신비전을 통해 사용자의 입 위치를 실시간으로 인식하고 로봇 팔과 협업해 부드럽고 안전하며 음식물이 흘러내리지 않는 급식 동작을 구현하는 것이다. 셋째 이용자의 신체 조건과 습관, 선호도에 맞게 시스템이 일정 수준의 자가 적응 능력을 갖추는 것이다. 현재 시제품은 핵심 성능 지표를 충족했다. 뇌파 기반 음식 선택 정확도는 80% 이상, 입 위치 시각 인식 정확도는 90% 이상이며 한 차례 급식 과정은 5초 이내에 완료된다. 해당 기술은 현재 관련 요양·재활 기관과 시범 적용을 위한 협의를 진행하고 있다.

   뇌-기계 인터페이스 기반 상체 능동 재활 시스템은 뇌졸중 후 편마비나 척수 손상 등으로 상체 운동 기능에 장애가 발생한 환자를 주요 대상으로 한다. 이 시스템은 환자가 ‘운동 상상’을 할 때 발생하는 뇌파 신호를 해독해 외골격 장치를 구동하고 잡기, 뻗기 등의 재활 동작을 보조한다. 수동적 훈련을 ‘의념 주도형’ 능동 재활로 전환한 것이 특징이다. 현재 해당 시스템은 신호 수집부터 해독, 실행에 이르는 전 과정을 독자 기술로 구축했으며 임상 검증을 진행 중이다.

   이 같은 기술적 성과의 배경에는 창저우대학교 연구팀이 20여 년간 신경공학과 머신 인텔리전스 등 융합 분야에서 축적해 온 연구 역량이 자리하고 있다. 핵심 연구진은 미세전자, 컴퓨터, 기계, 의학 및 건강공학 등 다양한 학과 출신으로 구성돼 학제 간 융합과 합리적 인력 구조를 갖추고 있다.

   최근 연구팀은 ‘인간-기계 지능 및 상호작용 국제 공동연구실’ 등을 기반으로 창저우시 제1인민병원, 창저우시 제2인민병원, 더안병원(德安医院), 첸징 재활센터(钱璟康复), 보루이캉 과기(博睿康科技) 등 의료기관 및 기업과 긴밀히 협력하고 있다. 또한 국내 최초의 소비자급 뇌-기계 인터페이스 단체표준을 포함해 국가 및 단체 표준 7건 제정에 참여했다.