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생체공학 (Bionics) 어원: 생물(bio)과 전자공학(electronics)의 합성어. 생체나 생체기관처럼 작용하는 기계 장치를 연구하는 학문
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사진 : 마크 시슨 |
에이든 케니가 창 밖을 뚫어져라 쳐다보고, 어머니 태미 케니는 그런 아들을 지켜보고 있다. 이후 에이든은 양쪽 귀에 달팽이관을 이식받았는데, 어린 나이에 이식 수술을 받았기 때문에, 언어를 완벽하게 익힐 가능성이 높다고 담당 의사는 말한다. |
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전선을 꽂아 듣다 에이든 케니는 생후 10개월 때 귀에 인공 달팽이관 두 개를 이식받았다. 엑스레이 사진(위)에 보이는 이 장치는 귀에서 작동하지 않는 부위를 우회하여 전자 신호들을 청신경에 전달한다. 날이 갈수록 목소리 내던 일이 줄어들던 아이는 수술 몇 달 뒤 부모가 그렇게 듣고 싶어하던 엄마와 아빠라는 말을 했다. "꼬마 소머즈인 셈이죠." 존스홉킨스대학교 외과의사 존 니파르코는 말한다. |
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담당 청능사가 에이든 케니가 이식받은 달팽이관 중 한 쪽의 스위치를 켜자 낯선 소리들이 쏟아지면서 에이든이 귀를 가리키며 반응을 보였다. 태미 케니는 아들에게 보청기를 끼고 있을 때에는 이런 식으로 소리에 반응하라고 가르쳤다. 하지만 아이들이 대화 소리를 구분하는 데는 보청기보다 이식이 훨씬 더 효과적이다. |
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다시 찾은 빛 의사들이 마취로 의식이 없는 조 앤 루이스(79)의 눈꺼풀을 크게 벌리고 안구 안쪽과 주변에 새로운 장치를 이식했다. 이 장치는 컴퓨터와 신호를 주고받으며 뇌에 영상을 전송한다. 전자장치는 손상된 광수용체 세포를 우회해서 시각장애인 루이스에게 일부분이나마 시력을 돌려주어 선은 아른아른하게, 형체는 흐릿하게, 색은 번지게나마 볼 수 있다. "보통 사람들처럼 잘 보이진 않아요." 루이스는 말한다. "이 기술은 아직 초기 단계예요." |
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환자의 망막에 가지런히 박혀 있는 점들은 전극이다(오른쪽). 전극은 시각적 자극을 오른쪽 끝에 보이는 희고 둥근 시신경에 보낸다. 미국의 세컨드사이트 사에서 제작한 이 너비 8.5mm 전극판에는 60개의 전극이 배열되어 있다. 기존 모델은 전극이 고작 16개였다. 디지털 카메라의 화소와 마찬가지로 전극 수가 많을수록 영상을 좀 더 세밀하게 잡아낼 수 있다. 세컨드사이트 사는 현재 전극이 수백 개, 심지어 수천 개 있는 이식장치를 개발하고 있다. |
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낯익은 풍경 조 앤 루이스는 새로운 생체공학 시각으로 시력을 잃기 전에 알고 있던 사물들을 흐릿하고 희미하게나마 인지했다. 훈련과 뇌의 자연스러운 학습 능력이 더해지면 사물을 좀 더 또렷하게 인식할 수 있을 것이다. |
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딘 케이먼이 개발한 생체공학 손의 일부 부위는 맞춤제작이나 조립품이 아니라 기성품에 가깝다. 케이먼은 미 육군 연구소의 지원을 받아 별도의 수술 없이 복잡한 움직임이 가능한 인공 팔을 만들어왔다. |
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의사 및 실험실 연구원들이 아만다의 절단되고 남은 팔 부위에 있는 자그마한 잉크 점에 센서들을 부착하고 있다. 센서가 몇 개 안 되는 인공 팔은 부착하기가 좀 더 간편하지만, 이번 작업은 몇 시간이 걸리기도 한다. |
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정신과 기계 외과 수술로 신경을 재배치한 덕분에 아만다는 절단되고 남은 팔 부위의 근육을 움직일 수 있다. 쭉 배열되어 있는 센서들이 팔의 움직임을 추적한다. 차세대 인공 팔은 중계 신호에 반응하며 점점 더 원래 팔처럼 움직인다. |
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아만다가 손을 움직인다고 상상하면 절단되고 남은 팔 부위에서 근육이 움직인다. 이 움직임을 등에 장착된 컴퓨터가 해독해 인공 팔의 모터에 전달하면 인공 손이 움직인다. 시카고재활연구소에서 아만다는 존스홉킨스 병원이 개발해 임상실험 중인 인공 팔을 끼고 시험해보고 있다. "가끔은 팔이 없다는 사실을 잊어버려요." 그녀는 말한다. |
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아만다 키츠가 성능이 향상된 인공 팔 사용법을 익히던 중 실수로 식빵 위에 겨자를 너무 많이 뿌려 웃고 있다. 시카고 재활연구소의 토드 쿠이켄은 새로 개발한 수술로 아만다의 절단되고 남은 팔 부위에 있는 근육 전반의 신경을 재배열했다. 키츠가 근육을 제어하는 법을 배우고, 인공 팔을 구동시키는 컴퓨터 프로그램이 키츠의 움직임에 제대로 반응하도록 설계되면, 이 신경들 덕에 키츠는 인공 팔을 조작할 수 있다. |
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존스홉킨스대학교의 응용 물리학 연구실에서 개발한 인공 팔 시제품 1에는 움직임이 정교한 모터가 달려있어, 팔이 절단된 아만다 키츠가 탁자 귀퉁이에 놓인 열쇠처럼 아주 작은 물건을 집을 수 있다. |
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신체 복원 피와 살로 이루어진 진짜 팔을 꼭 닮은 이 최첨단 생체공학 팔은 20개의 모터로 움직인다. 사용자들은 신경 자극으로 팔의 움직임을 제어한다. 손가락 끝에 촉각 센서도 달려 있다. |
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보조 맞추기 전원 공급형 발목은 스프링 모터가 달려 있어 힘을 덜 들이고 관절에 부담도 적게 주면서 진짜 다리처럼 뛸 수 있다. "군 복무 중 팔다리를 잃은 사람들은 젊고 기력이 왕성해서 원래의 기능들을 모두 되찾고 싶어합니다." 인공 발목을 설계한 애리조나주립대학교의 공학 교수 톰 슈거(오른편)가 말한다. |
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전사의 재활 콜 그렉 개드슨 중령은 2007년 이라크에서 길거리에 설치해놓은 폭탄에 다리를 잃었다. 현재 그는 전원 공급형 인공 다리 ‘파워니’를 임상실험하고 있다. 파워니는 늘어나는 부상병들의 보행능력을 되살리기 위해 만든 것이다. |
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전사의 재활 미국 버지니아 주 포트 벨보아 군기지에 있는 경주용 트랙에서 컴퓨터를 장착한 파워니가 개드슨 중령의 몸과 새로운 기계를 서로 단단히 고정시키고 있다. 그는 “43년이나 된 몸뚱이를 기계에 끼워 맞추며” 다시 일어섰다고 말한다. |
- [닉네임] : 규청이[레벨] :
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