장재은 DGIST 교수 연구팀, 그래핀과 나노와이어 기술 적용

장재은 교수 연구팀이 개발한 고효율 뇌신경 탐침의 구조. 오른쪽 하단은 실제 제작된 탐침 모습.<사진=DGIST 제공>
장재은 교수 연구팀이 개발한 고효율 뇌신경 탐침의 구조. 오른쪽 하단은 실제 제작된 탐침 모습.<사진=DGIST 제공>
생물학적 안전성이 한층 높아진 뇌신경 탐침이 개발돼 인간과 기계 사이의 전기신호 교환 연구가 속도를 낼 전망이다.

DGIST(총장 손상혁)는 장재은 정보통신융합공학전공 교수 연구팀이 융합연구를 통해 2차원 물질인 그래핀과 나노와이어 기술을 접목, 기존 탐침에 비해 100배 정도 저항성을 감소시킨 유연한 뇌신경 탐침을 개발했다고 3일 밝혔다.

뇌와 기계간의 인터페이스 기술은 전기 자극을 통한 뇌질환 치료, 장애인을 위한 로봇팔과 로봇다리 같은 인체 결합기술, 인간과 기계와의 직접적인 정신 교류 등을 위해 기본적으로 필요한 기술이다.

특히 4차 산업혁명 시대가 도래하면서 인간과 전자기기 사이 정보교류의 필요성에 따라 인간의 뇌와 외부 기계와의 인터페이스 기술 필요성도 더욱 커지고 있다.

하지만 기존에 개발된 뇌신경 탐침은 마이크로기술과 실리콘 물질 기반으로 높은 전기저항, 인간의 뇌신호 획득과 전기 자극 전달에 적합하지 않은 딱딱한 구조 등의 문제점을 갖고 있다.

또 높은 전기저항으로 미세한 뇌신경 신호 탐지가 어렵고 구조적 접합 문제로 수명이 짧다는 단점이 있었다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 그래핀과 나노와이어 기술 기반의 뇌신경 탐침을 개발했다.

연구팀이 개발한 탐침은 산화아연(ZnO) 나노와이어를 전극 구조에 적용, 뇌신호 주파수 영역에서 낮은 전기저항을 띄고 있어 미세한 뇌신호 측정이 가능하다. 또 신호 획득 효율이 높은 특징을 갖고 있다.

무엇보다 그래핀 물질 기반의 신호 전송 케이블을 활용해 전극 연결구조가 유연하고 뇌처럼 연약한 부위에서 전기신호를 안전하게 획득할 수 있다. 

이번 연구에는 최지웅 정보통신융합공학전공 교수, 문제일 뇌·인지과학전공 교수, 이윤구 에너지시스템공학전공 교수가 공동으로 참여했다.

장재은 교수는 "고효율 뇌신경 탐침은 인간과 기계가 물리적, 정신적으로 교류하는 4차 산업혁명을 현실화할 수 있는 필수적 기반 기술"이라며 "앞으로 무선 기능 탑재 등으로 인간과 기계가 보다 편리하게 연결될 수 있도록 후속 연구를 진행할 것"이라고 말했다.

이번 연구는 DGIST 미래선도형특성화연구사업(세부 과제명 : 전기적 방법에 의한 뇌손상 재활 및 대채기술개발)의 지원을 받았다. 연구결과는 미국화학회(ACS)에서 발간하는 재료과학 분야 국제학술지 'ACS 어플라이드 머티리얼즈 & 인터페이스(ACS Applied Materials & Interfaces)' 3월 17일자 온라인 판에 게재됐다.

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