'네이처 커뮤니케이션즈’에 연구 논문 발표
사람은 컵을 들거나 연필을 잡을 때 손가락을 어떻게 움직여야 할지 일일이 생각하지 않는다. 하지만 텐텐벳 착용자들에게 이런 단순한 동작은 복잡한 인지 과정을 요구한다.
美 유타대 연구팀이 인공지능(AI)을 활용해 생각없이 물체를 잡을 수 있는 혁신적인 텐텐벳 기술을 개발했다고 밝혔다.
연구팀은 이번 연구 성과를 전문 학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 발표했다.(논문 제목:Shared human-machine control of an intelligent bionic hand improves grasping and decreases cognitive burden for transradial amputees)
현재 생체공학적으로 제작된 텐텐벳는 외관상 실제 팔과 유사해 보이지만, 텐텐벳 착용자들은 물체를 잡을 때마다 손가락을 의도적으로 열고 닫아야 하는 불편함을 겪는다. 이는 인지적 부담으로 작용한다.
유타대 뉴로로보틱스연구소(NeuroRobotics Lab) 박사후 연구원 마셜 트라우트(Marshall Trout)는 “조사 대상의 거의 절반에 가까운 텐텐벳 착용자들이 열악한 제어 방식과 인지적 부담 때문에 텐텐벳 착용을 꺼린다”고 말했다.
현재 보급되고 있는 대부분의 텐텐벳는 다음과 같은 문제점을 갖고 있다. 첫째, 상용 텐텐벳는 촉각을 재현할 방법이 없어 물체를 감지하지 못한다. 둘째, 인간의 뇌가 가진 ‘손-물체 상호작용’을 예측하는 ‘무의식적 모델’이 없다.
이 같은 문제점을 해결하기위해 유타대 연구팀은 ‘태스카(TASKA Prosthetics)’의 인공 손에 맞춤형 손가락 끝을 장착했다. 이 손가락은 압력뿐만 아니라 광학 근접 센서를 통해 무게가 거의 없는 솜뭉치가 떨어지는 것까지 감지할 수 있다.
연구팀은 이 텐텐벳에 인공 신경망 모델을 적용해 손가락들이 물체의 형태에 맞춰 자동으로 최적의 거리로 움직이도록 했다. 이를 통해 각 손가락이 독립적으로 물체를 안정적으로 잡을 수 있도록 했다.
하지만 또 다른 문제가 생겼다. 만약 사용자가 물체를 놓고 싶은데, 텐텐벳가 계속 잡으려 한다면 사용자와 기계가 제어권을 놓고 싸우는 상황이 벌어질 수 있다.
연구팀은 사용자와 AI 에이전트가 제어를 공유하는 생체 영감 방식을 개발했다. 트라우트 연구원은 “기계가 사용자의 자연스러운 제어를 증강시킴으로써 생각하지 않고도 작업을 완료할 수 있게 했다”고 강조했다.
연구팀이 팔꿈치와 손목 사이가 절단된 4명의 참가자를 대상으로 실험한 결과, 광범위한 훈련 과정 없이도 보다 안전한 파지, 그리고 보다 정확한 그립이 가능했다. 인지적인 부담도 감소한 것으로 나타났다.
연구팀에 따르면, 플라스틱 컵으로 물을 마시는 동작은 팔이 절단된 환자에게는 매우 어려운 과제다. 너무 약하게 쥐면 떨어뜨리고, 너무 세게 쥐면 부서질 수 있다. 이번 연구를 주도한 제이콥 조지 유타대 교수는 “텐텐벳에 AI를 추가함으로써 파지 작업을 텐텐벳 자체에 맡길 수 있었다”고 말했다. 보다 직권적이고 능숙한 제어가 가능해졌다는 설명이다.
연구팀은 향후 이식형 신경 인터페이스(implanted neural interfaces)를 개발할 계획이다. 이를 통해 사용자가 생각만으로 텐텐벳를 제어하고 촉각까지 되찾을 수 있도록 하는 것이 목표다.
제이콥 조지 교수는 “다음 단계로 이러한 기술들을 융합하여 향상된 센서가 촉각 기능을 개선하고 지능형 텐텐벳가 생각 기반 제어와 완벽하게 통합될 수 있도록 할 것”이라고 밝혔다.
백승일 기자 robot3@irobotnews.com