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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 본고에서는 상지 장애 환자들을 위한 바이오닉 인터페이스 기반의 의도인식과 감각전달의 기술의 최신 동향에 대해서 소개하도록 한다.
• 본고에서는 이를 위하여 연구 개발되고 있는 상지 장애 환자를 위한 생체신호 기반의 의도분석과 감각 전달에 관한 기술을 일부 소개 하였다. 향후의 기술 개발은 상지의 팔 동작의 의도분석에 머무르지 않고, 사람의 섬세한 손동작을 구현할 수 있게 되어 일상생활에 불편함이 없는 정도가 되고, 더 나아가 악기를 다루는 등의 동작도 구현할 수 있는 수준이 될 것로 예상된다.
• 비침습형으로 근육으로부터 의도를 추출할 때, 최근의 연구 동향은 근육 하나 당 하나의 움직임을 도출하기 보다는 여러 개의 근육 다발에서 나오는 sEMG 신호를 패턴 분석을 통하여 동작을 도출하는 방식이 최근 기술의 동향이다. 패턴 분석을 보다 빠르고 강인하게 의도 분석을 하는 것이 연구의 주된 목표인데, 이 기술은 최근 팔뚝 (forearm)으로부터 손 및 손목의 동작을 구별해 내는 벤치마크 문제로 발전되어 오고 있다. <표 2>는 이 벤치마크 문제를 해결하기 위해 노력한 2007년부터 수행되어 온 패턴 인식 알고리즘에 대해 비교하고 있다.

제안 방법

• 본고에서 다루고자하는 의도 인식 기술은 뇌, 신경, 근육에서 나오는 바이오닉 인터페이스로써, 인체가 동작하기 이전에 의도를 파악할 수 있는 운동 의도 인식 기술에 대해서만 기술하도록 한다. 이는 기존의 외골격 장치를 착용하여 힘센서나 위치센서를 이용한 운동 의도 인식, 또는 비전을 이용한 제스쳐 인식 등의 동작 후 의도 인식과는 차별된다.
• 실험 전에 원숭이에게 조이스틱을 이용하여 5자유도 팔을 움직이도록 훈련하고, 사지를 움직이지 못하게 한 후 견관절 옆에 부착한 5자유도의 팔 (어깨 3자유도, 팔꿈치 1자유도, 손 1자유도)를 속도 제어하여 음식을 먹을 수 있도록 하는 Brain-Machine Interface를 개발 () 하였다.

후속연구

• 향후의 기술 개발은 상지의 팔 동작의 의도분석에 머무르지 않고, 사람의 섬세한 손동작을 구현할 수 있게 되어 일상생활에 불편함이 없는 정도가 되고, 더 나아가 악기를 다루는 등의 동작도 구현할 수 있는 수준이 될 것로 예상된다. 감각전달에서도 단순한 1차원적인 감각재생 (playback)에서 감각만으로 물체를 구분할 수 있는 sensorimotor 분야가 활발히 연구될 것으로 보인다.
• 최근 들어 이 분야에 기술 경쟁이 가속화되고 있고, 과학과 기술 및 의료 분야가 융합되어야만 성공적으로 결과를 이끌어 낼 수 있는 융합 연구 분야로써 기술의 진보가 매우 빠르게 이루어지고 있다. 앞으로 개발된 기술들이 실제로 활발히 응용되어 육체적으로 불편한 사람이 사라지는 날이 오기를 기대한다.
• 또한, 전극 부착 시에 근육의 위치를 고려하지 않고 무작위로 부착하는 편의성을 극대화한 알고리즘으로 진화하고 있다 (Park 2011). 향후, 이러한 기술들은 sEMG 전극이 피부와의 상대적인 움직임으로부터 강인하며, 동작이 바뀌는 순간의 패턴 또한 인식 가능한 정도로 단기간 내에 발전할 것으로 예상된다.
• 본고에서는 이를 위하여 연구 개발되고 있는 상지 장애 환자를 위한 생체신호 기반의 의도분석과 감각 전달에 관한 기술을 일부 소개 하였다. 향후의 기술 개발은 상지의 팔 동작의 의도분석에 머무르지 않고, 사람의 섬세한 손동작을 구현할 수 있게 되어 일상생활에 불편함이 없는 정도가 되고, 더 나아가 악기를 다루는 등의 동작도 구현할 수 있는 수준이 될 것로 예상된다. 감각전달에서도 단순한 1차원적인 감각재생 (playback)에서 감각만으로 물체를 구분할 수 있는 sensorimotor 분야가 활발히 연구될 것으로 보인다.

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질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
Revolutionizing Prosthesis 2009 프로그램	Revolutionizing Prosthesis 2009 프로그램에서는 무엇을 개발하였는가?	미국에서는 상지 장애 환자들의 삶의 질을 회복하게 하는 Revolutionizing Prosthesis 2009 프로그램 (DARPA) 에 2006년부터 4년간 7천만달러를 투입하였으며, 이 프로그램에서는 성인 남성의 팔의 무게, 힘, 속도, 자유도를 갖고, 촉감 전달, 실제 사람 팔과 구분하기 힘들 정도의 미용적인 측면, 상용화를 수행하기 위한 편안함, 내구성, 신뢰도를 갖추는 의수 (Prosthetic Arm)를 개발 하였으며, 2011년 FDA 승인을 받았다. 또한, 2010년부터 이 연구의 연장선상에서 4년간 1억 4천만 달러를 투입하고 있으며, 90% 이상을 BrainMachine Interface에 집중하고 있다.
상지 장애 환자	미국에서는 상지 장애 환자들의 삶의 질을 회복하게 하는 프로그램의 이름은?	미국에서는 상지 장애 환자들의 삶의 질을 회복하게 하는 Revolutionizing Prosthesis 2009 프로그램 (DARPA) 에 2006년부터 4년간 7천만달러를 투입하였으며, 이 프로그램에서는 성인 남성의 팔의 무게, 힘, 속도, 자유도를 갖고, 촉감 전달, 실제 사람 팔과 구분하기 힘들 정도의 미용적인 측면, 상용화를 수행하기 위한 편안함, 내구성, 신뢰도를 갖추는 의수 (Prosthetic Arm)를 개발 하였으며, 2011년 FDA 승인을 받았다. 또한, 2010년부터 이 연구의 연장선상에서 4년간 1억 4천만 달러를 투입하고 있으며, 90% 이상을 BrainMachine Interface에 집중하고 있다.
운동 의도 인식 기술	뇌, 신경, 근육에서 나오는 바이오닉 인터페이스로써, 인체가 동작하기 이전에 의도를 파악할 수 있는 운동 의도 인식 기술을 기존의 의도 인식을 비교하면?	본고에서 다루고자하는 의도 인식 기술은 뇌, 신경, 근육에서 나오는 바이오닉 인터페이스로써, 인체가 동작하기 이전에 의도를 파악할 수 있는 운동 의도 인식 기술에 대해서만 기술하도록 한다. 이는 기존의 외골격 장치를 착용하여 힘센서나 위치센서를 이용한 운동 의도 인식, 또는 비전을 이용한 제스쳐 인식 등의 동작 후 의도 인식과는 차별된다.

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