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- 뇌졸중, 근위축성 측삭 경화증(ALS)으로 인한 진행성 신경 손상, 사고 후, 손 기능 상실
- 신호에서 의도를 97%의 정확도로 예측하는 신뢰할 수 있는 파지 예측 시스템을 개발
- 맞춤 제작된 외골격 장갑 덕분에 ALS 환자 4년 만에 처음으로 포크 잡고 스스로 식사
- 비용 효율적이고 안전하지만, 여전히 부피가 다소 크다.

손 마비 환자에게 도움을 주는 외골격 장갑

손 마비 환자에게 "공기처럼 가벼운" 도움:
부드럽고 공기가 주입되는 이 장갑은 뇌졸중, 사고 또는 루게릭병(ALS)으로 인해 손이 마비된 사람들이 물건을 잡을 수 있도록 도와준다. 혁신적인 외골격은 팔에 남아 있는 근육 신호를 감지하여 손가락과 손에 있는 작은 공기 쿠션을 제어한다. 한 시험에서 루게릭병 환자가 4년 만에 처음으로 혼자 식사를 할 수 있었다. 

▲ 공기압식 외골격 장갑은 손 마비 환자의 악력을 회복시켜 줄 수 있다. 사진: © Astrid Eckert/TU Munich

뇌졸중, 루게릭병(ALS)으로 인한 진행성 신경 손상 또는 사고 후, 환자들은 종종 손 기능을 상실한다. 이러한 마비로 인해 물건을 잡거나, 커피를 따르거나, 혼자 식사하는 것과 같은 일상적인 동작이 불가능해진다. 지금까지는 수동 보조기나 간단한 버튼식 집게 장치를 사용해 손 마비 환자를 돕는 시도가 있었다.

뇌졸중, 근위축성 측삭 경화증(ALS)으로 인한 진행성 신경 손상, 또는 사고 후, 환자들은 종종 손 기능을 상실한다. 문제는 기존의 보조기들이 견고하고 사용하기는 쉽지만, 손을 펴고 오므리는 것과 같은 기본적인 움직임만 허용한다는 점이다. 능동형 보조기 또한 일반적으로 손에 어느 정도 움직임이 남아 있는 환자에게만 적합하다.

공기 쿠션을 이용한 운동 보조 장치

하지만 새로운 손 외골격 장치가 이러한 상황을 곧 바꿀 수 있을 것으로 기대된다. 뮌헨 공과대학교의 존 나소르(John Nassour) 교수 연구팀은 손이 완전히 마비된 사람들을 위해서도 가장 비용 효율적이고 제조가 용이한 운동 보조 장치를 개발하고자 노력해 왔다. 뮌헨 공과대학교의 고든 쳉(Gordon Cheng) 수석 저자는 "누구나 감당할 수 있으면서도 매우 효과적인 해결책을 찾았다"고 말했다.

이 새로운 손 보조 장치는 부드러운 공기 주입식 장갑으로 구성되어 있다. 이 장갑을 마비된 손에 끼우면 손의 기능을 대신하게 된다. 이 장갑은 손가락, 손바닥, 손등, 손목에 있는 작은 공기 쿠션 시스템 덕분에 가능하다. 이 쿠션에 공기를 선택적으로 개별적으로 채워 넣음으로써 각 손가락을 개별적으로 구부리거나 펴고, 엄지손가락을 벌리거나 굽히고, 손목을 회전시킬 수 있다.

▲ 장갑 시스템의 기본 기능. — © Nassour et al./ Nature Machine Intelligence, CC-by 4.0

"두 가지 방식으로 지능적"

환자가 이 장갑을 정밀하게 제어할 수 있도록 센서가 근육의 전기 신호를 읽는다. 이 센서는 마비된 상태에서도 신호가 발생하고 감지될 수 있는 부위에 위치한다. 나수르와 그의 팀은 시제품 개발을 위해 루게릭병(ALS) 환자의 도움을 받았다. 이 신경퇴행성 질환으로 인해 환자는 손을 더 움직일 수 없었지만, 팔뚝에서는 미약한 신경 신호가 여전히 감지되었다. 연구팀은 AI 기반 소프트웨어를 사용하여 이러한 신호를 식별하고 읽어낼 수 있었다.

나수르는 "우리 솔루션은 두 가지 방식으로 지능적이다"며, "한편으로는 신호에서 의도를 97%의 정확도로 예측하는 신뢰할 수 있는 파지 예측 시스템을 개발했다. 다른 한편으로는, 저희 장갑을 통해 의도된 움직임을 최적으로 지원하는 하드웨어를 개발했다"고 설명했다. 테스트에서 외골격 장갑은 10건 중 9건에서 테스트 환자의 의도를 정확하게 인식했다. 추가 센서는 손이 물체를 쥐고 있을 때를 감지하여 실수로 떨어뜨리는 것을 방지한다.

▲ 제1 저자인 나수르가 외골격 장갑 시제품과 함께 포즈를 취하고 있다. — © Astrid Eckert/ TU Munich

4년간의 마비 후 첫 파지

맞춤 제작된 외골격 장갑 덕분에 ALS 환자는 4년 만에 처음으로 포크를 잡고 스스로 식사할 수 있었다. 테스트에서 그는 손목 회전과 결합된 파지 동작, 예를 들어 병에서 음료를 따르는 것과 같은 복잡한 동작까지 수행할 수 있었다. 비디오 게임을 통한 5분간의 훈련으로 환자는 장갑 조작에 익숙해졌다.

"이 환자는 가장 심각한 신경 질환 중 하나를 사례로 들어, 저희의 소프트 핸드 외골격이 도움을 줄 수 있음을 보여주었다"고 청 박사는 말했다. "현재 우리는 이 개념을 뇌졸중 생존자와 같은 다른 환자들에게도 적용하고 있다." 초기 시험에서 이 장갑은 손 마비가 있는 뇌졸중 환자 6명에게 이미 도움이 되는 것으로 나타났다. 연구팀은 마비 정도가 심할수록 외골격의 효과가 더 크다는 것을 발견했다.

▲ a. 환자의 손 기능이 심각하고 점진적으로 악화되는 양상을 보였기 때문에, 기존의 연성 손 외골격(엄지손가락 맞섬, 엄지손가락 외전, 손목 굴곡)에 비해 손 관절을 추가하여 외골격의 정밀도를 향상시켰다. 이를 위해 반복적인 프로토타입 제작(P1, P2, P3)을 진행했다. 예를 들어, Kottink 등은 케이블 구동 방식을 사용하여 손가락 굴곡(관절 1개, 중등도 손 기능 장애 환자 대상)을 구현했고, Lim 등 및 Cappello 등은 공압을 이용하여 양방향 굴곡 및 신전 액추에이터 2개(관절 2개, 뇌졸중 환자 및 C4-C7 척수 손상 환자 대상)를 구현했다. Kim 등은 케이블 구동 방식을 사용하여 손가락 굴곡, 수동 신전 및 엄지 맞섬(관절 3개, 뇌졸중 환자 대상)을 구현했으며, Kang 등3은 케이블 구동 방식을 사용하여 손가락 굴곡 및 신전을 구현했다. 엄지손가락은 수동 구조물에 장착된 대립 케이블에 의해서만 지지되었습니다(3개의 관절, 척수 손상 환자). Ge et al.는 엄지손가락 외전 외에도 손가락 굴곡 및 신전을 지원하기 위해 공압 구동 방식을 사용했습니다(3개의 관절, 상완 신경총 손상 환자)

▲ . b, 부드러운 손 외골격을 사용하여 환자는 포크를 잡고 스스로 식사할 수 있었다. c, 정교한 손 외골격은 다양한 모양과 기능적으로 적절한 무게를 가진 대표적인 일상 용품을 잡을 수 있도록 한다. 신뢰성을 평가하기 위해 두 명의 건강한 참가자가 외골격 내부에 있는 실리콘 손 모형을 사용하여 각 잡기 유형에 대해 10분 동안 연속적으로 잡고 들어 올리는 실험을 수행했다.(출처:Published: 23 June 2026 / A dexterous soft hand exoskeleton restores intentional grasping in individuals with severe hand impairment / nature mschine intelligence)

비용 효율적이고 안전하지만, 여전히 부피가 다소 크다.

파사우어 볼프 재활 클리닉의 공동 저자 토비아스 봬시터(Tobias Wächter)는 "원칙적으로 이 장갑은 오토바이나 자전거 사고로 말초 신경 손상을 입은 사람이나 다발성 신경병증 환자를 포함하여 이완성 마비를 겪는 모든 사람에게 도움이 될 수 있다"고 설명했다. 연구팀은 저렴한 재료로 만들어지고 생산이 비교적 용이하다는 점을 이 장갑의 가장 큰 장점으로 꼽는다.

연구팀은 "딱딱한 외골격과 달리 이러한 경량 외골격은 가볍고 안전하며, 저렴한 재료로 맞춤 제작도 가능하다"고 밝혔다. 그러나 이 외골격 장갑이 더 널리 사용되기 위해서는 최적화 작업이 필요하다. 시제품은 아직 부피가 크고, 압축 공기를 공급하는 별도의 압축기는 2kg에 달한다. 이는 휠체어 사용자에게는 문제가 되지 않겠지만, 거동이 가능한 환자에게는 부담이 될 수 있다.
출처: John Nassour(뮌헨 공과대학교) 외, Nature Machine Intelligence, 2026; doi: 10.1038/s42256-026-01263-3

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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