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1. 휴먼 인터페이스 기술의 개요
○ 인간이 외부와 통신하는 수단, 즉 인식으로 정의할 수 있는 휴먼 인터페이스는 인간에 관련된 모든 정보를 수집하고 분석하는 단계에서 시작하여 신경계를 제어하고 인공신체 기관을 이식하는 단계에 진입
○ 휴먼 인터페이스 분야는 의학기술, 나노기술, MEMS(Micro-Electro - Mechanical Systems) 기술, 바이오 센서, IT기술(회로, 통신, 신호처리) 등의 기술들을 융합하는 것이 필수적
- 융합기술의 발전으로 휴먼 인터페이스의 진화는 BMI(Brain- Machine Interface)를 비롯하여 헬스 케어, 신경이식 등으로 발전
2. 휴먼 인터페이스 기술 현황
1) 휴먼-머신 인터페이스
○ 지문인식, 홍채인식은 보안 시스템을 위하여 오래전부터 개발되어 왔던 대표적인 휴먼-머신 인터페이스로 현재 노트북의 사용자 인증 시스템이나 일반 가정집의 출입 시스템에서 적용되어 있음
○ 햅틱 인터페이스는 터치스크린과 센서를 이용하여 휴대폰이 촉각에 대해 진동으로 반응하는 초보적인 형태로 실생활에 출현하기 시작
- 햅틱 인터페이스에서는 가상현실에서 인간이 촉각을 인식하도록 하거나, 원격 수술시 로봇을 통하여 환자와 접촉 없이 촉각을 느낄 수 있도록 하는 기술들이 연구되고 있음
○ 인간이 기계에 정보를 전달하는 방법으로 눈동자 추적기술이 있음
- 이 기술은 헤드 마운트 디스플레이(HMD : Head Mount Display)를 사용한 게임기 같은 엔터테인먼트용이나 장애인이 글을 쓰거나 기계를 제어할 수 있도록 하는데 사용
- 최근에는 시력교정 수술에 눈동자 추적기술을 이용하여 눈동자의 움직임에 따라 레이저가 표적을 추적함으로서 안전하게 시술할 수 있도록 하는 기술이 실용화되었음
○ 음성인식은 과거 사전 녹음이 필요하던 화자종속형에서 음성으로부터 추출한 정보와 언어 데이터베이스를 비교하는 화자독립형 방식으로 발전
- 최근 차량용 네비게이션, 음성 인식 블루투스 헤드셋 등에 적용되고 있음
○ BMI는 뇌파(EEG) 신호를 이용하여 인간의 생각을 해석하는 기술
- EEG 신호는 대뇌 각 부위의 피질에서 발생하는 전기신호가 뇌 표면위의 전극에서 측정되어 뇌의 명령에 대한 정보를 전달
※ 지난 5월 미국 피츠버그대 연구진은 실험용 원숭이들에게 뇌의 신호를 분석하는 BMI 기술과 로봇 팔을 이용하여 음식을 먹도록 하는 실험에 성공
※ 이 밖에도 인간의 뇌와 컴퓨터를 연결한 후 손가락으로 키보드를 타이핑 하지 않고 생각만으로 글을 쓰는 기술이 이미 성공한 사례가 있음
○ 이를 비롯한 최신 연구 결과들은 가시적인 결과를 나타내며 멀지 않은 미래에 전신마비자도 움직일 수 있는 가능성을 보여주고 있음
2) 헬스케어
○ 헬스케어 시스템은 신체의 건강 관련 정보를 각종 센서를 통해 실시간으로 모니터링하고 그 결과를 각자의 개인서버를 통해 인터넷으로 전송하여 가족 또는 의사가 관리할 수 있도록 만들어 주는 시스템
○ 이를 구성하기 위해서는 신체정보를 센싱하는 바이오센서와 실시간 무선센서 네트워크 시스템이 필요
- 헬스 케어를 위한 바이오센서는 마이크로 투석 프로브처럼 체내의 포도당과 젖산을 실시간으로 측정하는 환자의 임상 모니터링을 위한 용도부터 휴대용 진단을 위한 용도까지 다양
○ 기존의 연구실 단위에서만 가능하던 진단을 개인 휴대기기를 이용해 실행하기 위해서는 작고, 빠르고, 정확도 높은 바이오센서가 필요
- 저가격, 소면적의 휴대형 바이오센서 기술개발
※ ‘08년 ISSCC 학회에서 발표된 DNA의 전기화학적인 특성을 이용하여 바이러스와 결합된 DNA를 검출하는 방법이나 듀크대에서 개발한 LED나 레이저 다이오드를 광원으로 사용하여 측정시스템을 소형화하는 기술 등
- 고속진단용 바이오센서 기술개발
※ 페이지(phage) 박테리아와 반도체 칩을 이용 박테리아를 빠르게 검출하는 방식 등
- 휴대형 고정밀 바이오센서 기술개발
※ ‘07년 nanoletter에 소개된 영의 간섭 효과를 이용한 바이러스 감염 진단센서 등
○ 랩온어칩(Lab-On-a-Chip)은 휴대용 진단목적의 MEMS 기술을 이용, 실험실에서 실험대상 샘플링→선처리과정→반응→분석하여 데이터를 만들어 내는 역할을 소형 단일 플랫폼 또는 칩에 구현하는 기술
※ 피코(1조분의 1)리터 정도의 극소량 혈액샘플로 정확한 측정이 가능
○ 포인트-오브-케어 테스팅(POCT : Point-of-Care Testing)은 의료서비스 개선을 위해 환자주변에서 의사가 진달할 수 있도록 하는 시스템으로 대형 의료장비의 크기를 축소하려는 연구가 진행 중
※ UC 버클리에서는 자계에 반응하는 물질과 적외선 및 감지센서를 이용하여 동전보다 작은 MRI 기기를 개발
○ 인체 네트워크(BAN : Body Area Network)는 생체신호를 센싱하는 바이오센서들과 개인서버간의 통신을 위해 필요
※ 2008년 ISSCC에서는 센서와 통신회로가 내장된 휴대용 디지털 패치를 구현하는 등 많은 연구가 진행 중
3) 신경 이식
○ 인간이 처리하는 감각정보의 80%정도를 처리하는 시각이 인간의 오감 중 신경이식 분야에서 가장 활발히 연구가 진행 중
- 시각정보를 수용, 전달, 인지하는 망막, 시신경, 대뇌 시각 피질에 대해 이식형 반도체 칩을 이용하여 신호를 전달하는 방법이 연구
- 이 가운데 위험도가 가장 낮고 정확도가 가장 높은 망막에 관련하여 호주, 미국, 독일의 회사 및 연구기관 등에서 에피레티널 이식(epiretinal implant)에 대해 활발한 연구가 진행
○ 청각은 시각과 함께 많은 연구가 진행 중인 대상
※ 인공 달팽이관 이식은 이미 상용화 되어 있고, 세계적으로 6만 명 이상이 이미 이식받은 달팽이관으로 소리를 인식하고 있음
○ 척수는 뇌의 명령을 신체 각 기관으로 전달하는 역할을 수행하며 손상될 경우 신체의 일부 혹은 전체를 사용할 수 없게 된나, 이 때 해당 신경을 자극하는 이식형 반도체 칩으로 치료가 가능
※ 이미 상용화에 성공한 메드트로닉스사의 InterStim은 요실금 환자 치료에 사용되고 있음
○ 하반신 마비자의 경우 하수족이나 각 근육 신경에 전기적 자극을 주기적인 순서로 인가해 직립 및 보행할 수 있도록 해주는 기술이 연구되고 있으며, 상반신 마비자의 경우 운동점의 근육신경에 직접 전기적 자극을 인가하여 손을 쥐었다 폈다 하는 운동을 수행 할 수 있도록 해주는 기술이 연구되고 있음
○ 뇌신경의 손상으로 인한 중추신경계 이상인 경우 뇌신경에 직접적으로 자극을 인가하여 치료할 수 있음
- 이와 관련하여 파킨슨 병, 간질, 우울증 등의 장애를 대뇌 피질의 깊은 부분이나 미주신경에 전기적자극을 인가하여 치료하는 연구가 진행
○ 신경이식은 이식형 페이스메이커에도 적용
- 심장의 경우 부정맥이 상태가 지속될 경우 혈액이 정상적으로 박출되지 않아 산소결핍 등으로 뇌사상태 혹은 사망에 이를 수도 있기 때문에 심장 박동을 일정하게 유지해주는 이식형 제세동기가 필요
- 이는 심장에서 발생하는 심전도(ECG)를 이용하여 빈맥이 발생할경우 전기적 자극을 심장에 인가해서 심장 박동수를 정상화 시키는 기술을 사용
- 이와 마찬가지로 호흡기 장애를 지닌 환자에게도 식형 횡경막 페이스메이커를 이용하여 급성 호흡 장애에 대한 대처를 할 수 있음
3. 휴먼 인터페이스 기술의 발전 방향
○ 휴먼-머신 인터페이스의 발전은 인간과 기계 사이 감각을 교환할 수 있는 휴머노이드 로봇을 탄생시키고, 또한 높은 음성인식률 및 BMI 기술발전을 통해 비접촉 방식으로 기계에 명령을 전달 할 수 있는 환경을 제공할 것으로 예상
- 반대로 타인의 생각을 읽어낼 수 있다는 것은 윤리적인 문제를 동반하기 때문에 이를 해결하기 위한 제도적 장치에 대한 고려가 필요
○ 헬스케어 산업은 고신뢰성 바이오센서 및 센서 네트워크시스템 기술과 정확하고 풍부한 의료 데이터베이스를 통해 발전할 것으로 예상
○ 신경이식 기술은 저가격화를 통해 상업적인 경쟁력을 확보할 것으로 예상되며, 무선전력 공급시스템, 신경계 사이의 통신시스템 기술과 신체이식이 가능한 신소재의 개발도 병행될 것으로 예상
○ 휴먼 인터페이스는 더 이상 차세대 기술이 아니고 가까운 미래의 핵심산업으로 등장할 것으로 예상
- 현재 휴먼 인터페이스 관련 국내의 연구 개발 정도는 유럽이나 미국과 같은 국가에 비하여 많이 뒤쳐져 있어 많은 관심과 노력이 필요
- 휴먼 인터페이스는 융합기술을 근본으로 하고 있기 때문에 각 분야의 지식 및 의사교환이 자유롭게 공유될 수 있는 인프라 구축이 필요
- 정부를 비롯한 산학연 각계의 협동 및 노력을 통해 반도체, IT산업의 뒤를 이을 주요산업으로 휴먼 인터페이스 기술 발전을 도모해야 할 것임 |