신체장애 보완할 첨단 의수·의족 나온다

저렴하면서도 고기능성 의수 개발… 다리 움직임 유사한 의족도 연구 중

요즘 일본 도쿄에서는 전 세계 장애인 선수들의 스포츠축제인 제16회 패럴림픽이 한창 열리고 있다. ‘한계를 넘어 최고를 향해’라는 캐치프레이즈에 걸맞게 선수들은 메달을 목표로 오늘도 치열한 경쟁을 벌이고 있다. 팔이 불편해서 탁구 라켓을 입에 물고 시합을 하는 선수나 한쪽 다리로만 높이뛰기를 하는 선수들을 보면서, 좀 더 성능이 향상된 의수와 의족이 개발되어 선수들의 불편함이 덜어지기를 바라는 관중이 늘어나고 있다.

첨단기술의 힘을 빌린 의수와 의족들이 등장하고 있다. ⓒ MIT

그런데 이러한 관중의 바램처럼 최근 들어 첨단기술의 힘을 빌린 의수와 의족들이 하나둘씩 개발되고 있어 시선을 끌고 있다. 과거의 기계적 방식과는 차원이 다르게 디지털 기술 등의 적용을 통해 장애인들의 불편함을 조금이라도 덜 수 있는 방향으로 제품들이 개발되고 있다.

저비용 고기능의 가성비 뛰어난 의수 개발

의수나 의족 가격은 상당히 비싼 편이다. 특히 기능상 더 정교해야 하는 의수는 신경을 전기신호로 바꿔주는 전자제어 기능이 추가될 경우 최소 수천만 원대에서 수억 원에 이르는 가격대를 형성하는 것이 보통이다.

사실 이 정도의 비용은 상용화가 힘든 가격대인 만큼 판매용이라기보다는 실험용이라는 상징성이 더 크다. 신체가 불편한 장애인들에게는 꿈도 꿀 수 없을 만큼 비싼 가격이기 때문이다. 실제로 최고의 성능을 자랑하는 의수 브랜드인 루크암(LUKE ARM) 같은 제품은 1억 5천만 원을 호가하는 것으로 알려졌다.

그런데 최근 미국과 중국의 공동연구진이 개발하고 있는 전자의수는 약 500달러 정도에 제작이 가능한 것으로 나타나 의료계의 비상한 관심을 끌고 있다.

미 MIT 공대와 중국의 상하이교통대 연구진이 공개한 개발 중인 전자의수를 살펴보면 전자의수를 착용한 사용자가 고양이를 쓰다듬거나 와인잔을 들고 있는 장면이 나온다. 특히 감자칩처럼 얇은 스낵까지 정교하게 집어 올리는 과정도 확인할 수 있다.

가성비가 뛰어난 의수는 물건을 부드럽게 감싸는 기능도 갖고 있다. ⓒ MIT

기존의 전자 의수들이 비싼 이유는 전기모터와 금속프레임, 그리고 신경을 대신하는 제어장비들이 장착되어 있기 때문이다. 하지만 공동 연구진이 개발 중인 전자의수는 실리콘 재질의 공기주머니가 탑재되어 있다.

이 공기주머니에 주입되는 공기의 양을 조절하여 손가락이 움직일 수 있도록 설계되어 있는데, 이를 통해 손가락으로 물건을 집거나 감싸는 것 같은 기본적인 행위를 할 수 있다는 것이 연구진의 설명이다. 물론 기존 전자 의수들처럼 비싼 전자제어 장비가 아니라 실리콘 재질의 공기주머니를 사용하고 있는 만큼, 제작 비용을 현격하게 낮추는 것이 가능하다.

무엇보다 놀라운 점은 손가락에 촉각센서가 탑재되어 있어서 가해지는 압력에 따라 전기신호를 생성할 수 있다는 점이다. 이 때문에 전자의수의 엄지와 검지는 집는 물건들의 촉감을 느낄 수 있다.

공동 연구진이 개발 중인 전자의수는 아직 완성된 제품이 아니다. 하지만 성능과 가격에서 볼 때 기존 전자 의수들과의 가성비 경쟁에서 압도적으로 우세하다는 평가를 받고 있다. 특히 해당 전자의수는 가격이 저렴한 만큼, 전쟁이나 재해로 장애를 갖게 된 저소득 국가의 장애인들에게 본격적인 공급이 가능할 것으로 기대를 모으고 있다.

다리에 자석 구슬 심어 넣어 근육 움직임 모니터링

의수만큼이나 신체장애를 가진 장애인들에게 필요한 도구가 바로 의족이다. 의족을 착용한 신체는 종종 기초가 부실한 건물에 비유되기도 하는데, 이는 기초가 부실한 건물은 외부의 조그만 영향에 의해 무너지기가 쉽기 때문이다. 의족을 부착한 장애인의 경우, 그만큼 온전한 신체를 가진 비장애인보다 넘어질 확률이 높다는 의미다.

당연한 말이지만, 의족은 정상적인 다리에 비해 부자연스러울 수밖에 없다. 무릎과 발목의 관절 관절뿐 만 아니라 회전이나 달리는 것처럼 발의 다양한 움직임이 유기적으로 결합하여 움직이는 신체 부위가 바로 다리이기 때문이다.

이처럼 기존 의족이 가진 문제를 해결하기 위해 미 MIT공대의 미디어랩(Media Lab) 소속 연구진은 의족을 착용한 장애인들을 위해 정교한 동작이 가능한 신개념 의족을 개발하고 있다.

재미있는 점은 이들 연구진이 신개념 의족을 개발하기 위해 집중적으로 연구하고 있는 대상이 자석으로 된 구슬이라는 점이다. 연구진은 한쪽 다리가 불편한 장애인을 대상으로 정상적인 다리의 근육에 구슬을 이식한 후에 근육의 움직임을 면밀하게 조사했다.

자연적인 다리의 움직임과 가장 흡사한 구조를 가진 의족의 개요 ⓒ MIT

근육에 삽입된 자석 구슬의 움직임을 전자기적으로 모니터링하여, 사람이 걸을 때 다리 근육이 어떻게 수축했다가 이완되는지를 파악한 것이다.

이에 대해 MIT공대 연구진은 “다리 근육이 움직이는 정도에 따라 다리 부위의 움직임을 정교하게 조절할 수 있다”라고 설명하며 “이같은 움직임을 모니터링하면서 기존 의족이 구현할 수 없는 자연스러운 움직임을 구현할 수 있게 되었다”라고 말했다.

이번 의족 개발을 계기로 MIT공대 미디어랩은 실제로 다리가 불편한 장애인들도 구매할 수 있는 의료기기로 출시한다는 계획이다. 현재는 기능에 집중하다 보니 디자인 면에 있어서 투박한 것이 사실이지만, 조만간 실제 다리와 유사한 기능 및 디자인을 가진 의족을 선보이겠다고 밝혔다.

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