인간 과 기계 연결

인간 과 기계 연결

군인들이 생각으로 제어하는 방어 시스템

포럼 스태프

사 용자 친화적 컴퓨터 태블릿, 스마트폰, 스마트워치의 도래로혈압, 심박수, 수면 시간 등의 생체 인식 모니터링부터 날씨 예보, 내비게이션까지 모든 것을 제공하는 웨어러블 기술의 채택이 가속화됐다.

전 세계 군은 전투 질병 및 상처를 진단하고 치료하는 웨어러블 장치, 전장 의사 결정을 지원하는 증강 현실 프로그램, 군인들의 근력과 지구력 강화를 돕는 엑소스켈레톤 등 나날이 정교해지는 인간 기계 인터페이스로 이러한 기술 진화를 새로운 차원으로 끌어올리고 있다. 연구 분야의 확대로 인간과 기계의 한층 더 깊은 연결이 전망되고 있다.

국방 연구원들은 앞으로 군인들이 키보드 입력, 음성 명령 또는 심지어 스위치도 만질 필요도 없이 인공 지능 기반 기계와 상호 작용할 수 있는 신경 기술을 개발하고 있다. 이론적으로 조종사는 신경 인터페이스 기술을 이용하여 생각만으로 무인 항공기 편대를 제어할 수 있다.

미국 국방고등연구기획국 생명 기술실 프로그램 관리자 앨 에몬디(Al Emondi) 박사는 Nextgov.com 웹사이트와 인터뷰에서 “신경 인터페이스는 인간과 기계 사이에 정보를 전달하는 도구다”라며 “이 개념은 컴퓨터나 스마트폰으로 통신하여 작업하는 것과 대략 유사하다. 음성 명령, 터치스크린, 키보드 또는 마우스를 생각해보라. 하지만 이 기술은 신체 행동의중간 단계를 건너뛴다”고 말했다.

현재 에몬디 박사는 방어 시스템 조작에 필요한 신체 행동의 필요성을 제거하는 것을 목표로 하는 차세대 비수술 신경 기술(N3) 프로그램을 지휘하고 있다.
에몬디 박사는 “신경 인터페이스는 인터페이스 시스템을 통해 두뇌가 사실상 도구가 되는 더욱 풍부하고, 더욱 강력하고, 더욱 자연스러운 경험을 약속한다”며 “사상 최초로 작업을 하기 위해 인간을 도구에 맞추기보다 신경 인터페이스를 통해 도구를 인간에 맞추게 될 것이다”라고 말했다.

프랑스 국립 과학 연구소에서 연구원이 뇌 컴퓨터 인터페이스를 시험하고 있다. 이 인터페이스를 통해 사용자는 음성이나 손 명령을 사용하지 않고 화면에서 기호를 선택할 수 있다.
AFP/GETTY IMAGES

두뇌 연결

국방고등연구기획국의 4개년N3 프로그램에는 비침습적 또는”최소” 침습적 신경 인터페이스를 개발하려는 여섯 조직이 참여하고 있다. 국방고등연구기획국은 웹사이트에서 “이러한 웨어러블 인터페이스로 인간 두뇌를 컴퓨터와 연결하여 능동 사이버 방어 체계와 무인 항공기 편대 제어, 복합 임무 중 컴퓨터 시스템과 협력을 통한 다중 작업 등 다양한 국가 안보 애플리케이션을 사용할 수 있을 것이다”라고 밝히고 있다.

N3 프로그램과 관련하여 정부는 바텔 메모리얼 연구소, 카네기 멜론 대학교, 존스 홉킨스 대학교 응용 물리 연구소, 팔로 알토 연구소, 라이스 대학교, 텔레다인 테크놀러지스와 협력하고 있다. 현재까지 신경 인터페이스는 수술적으로 침습적이고 대부분 부상 군인의 운동 기능을 복원하는 데 사용됐다. 그러나
N3 프로그램의 목표는 건강한군인을 대상으로 수술에 사용하는 것이 아니라 데이터 처리와 의사 결정을 신속히 처리하는 데 있다.

런던의 독립적인 정책 연구소 채텀 하우스의 2019년 8월 보고서에 따르면 이 기술로 군인과 지휘관은”더 높은 수준의 감각과 능력으로 환경과 관련된 더 많은 데이터를 더 빨리 처리하여 상황 인식을 강화”할수 있다. “이러한 역량은 군의 의사 결정은 물론 표적화 과정을 지원한다.”국방고등연구기획국의
파트너의 과제는 수술의 필요성을 없애는 것이다. 에몬디 박사는”국방고등연구기획국은 최근 몇년간 놀라운 성과를 거두어, 아프거나 부상당한 현역 및 전역 군인의 기능을 복원하기 위해 두뇌 내부나 표면에 전극을 이식하여 어떤 결과를 얻을수 있는지 보여주었다”며 “그러나 현재 뇌 수술에 내재된 위험 때문에 이러한 침습적 기술은 의료적인 목적에만 윤리적인 정당성을갖는다”고 말했다.

N3 팀은 모두 뉴런에 연결해 뇌 신호를 증폭하는 주사용, 흡입용, 섭취용 나노입자 개발 등 뇌 신호 판독을 용이하게 만드는 프로젝트를 추진하고 있다. 뇌 신호는 모자나 헤드레스트에 내장된 시스템이 판독한다.

국방고등연구기획국 관계자는 지상 로봇이나 드론 편대를 제어하는 것과 더불어 군이 신경 인터페이스를 이용하여 복잡한 사이버 네트워크를 모니터링하거나 기계 속도로 소화 가능한 방식으로 정보를 제공하여 대량의 데이터 흐름을 따라갈수 있다고 말했다.

이들 팀 중 하나를 이끄는 리더로 인도 태평양 지역 출신 과학자가 한 명 있다. 인도 출신 가우라브 샤르마(Gaurav Sharma)는 바텔의 선임 연구 과학자로서 국방고등연구기획국과 미화 2000만 달러 규모의 계약을 체결한 팀을 지휘하며 군인이 생각으로 다수의 무인 항공기나 폭탄 처리 로봇을 제어할 수 있게 하는 시스템을 개발하고 있다. 바텔의 N3 프로그램은 브레인스톰스(전자기 신호 송수신용 두뇌 시스템)라 명명되었다.

인도 북부 신문 더 트리뷴의2019년 5월 보도에 따르면 샤르마는 “지금까지 진행한 프로젝트 중 가장 흥미롭고 도전적인 프로젝트다”라며 “브레인스톰스를 통해 공학과 물리학의 한계를 다시 한 번 넘고 있다”고 말했다.

사지 마비 환자 네이선 코플랜드(Nathan Copelandeland)는 뇌에 전극 어레이 4개를 이식하는 수술을 받았다. 로봇 팔에 연결된 전극에는 정교한 센서가 포함되어 손가락에 가해지는 압력을 감지한다.
피츠버그대학교 의학 센터/ 피트 보건 과학

글로벌 퀘스트

신경 인터페이스 기술을 통해 인간의 학습, 치유, 실행, 의사 결정을 향상시킨다는 아이디어가 전 세계적으로 관심을 모으고 있다. 중국 국영 통신사 신화통신에 따르면 2019년 5월 중국은 과학자들이 뇌 컴퓨터 인터페이스 칩으로 획기적인 성과를 거두었다고 발표했다. 브레인 토커라는 이 기술은 중국 북부에서 열린 세계지능대회에서 첫 선을 보였다.

신화통신의 보도에 따르면 브레인 토커를 사용하면 뇌파만으로 컴퓨터나 전자 장치를 제어할 수 있다. 톈진대학교와 중국전자통신공사가 공동 개발한 브레인 토커는 대뇌 피질에서 뇌파가 보낸 미세한 뉴런 정보를 식별한 후, 정보를 해석하고, 뇌와 기계 사이의 통신을 가속한다. 과학자들은 이 칩이 의학, 교육, 게임 분야에서 널리 사용되길 바라고 있다.

한국의 고려대학교 뇌 신호 처리 연구실도 비슷한 연구를 진행 중이다. 이곳의 연구원들은 일반적으로 MRI로 알려진 자기공명영상법과 뇌전도검사를 이용하여 뇌 컴퓨터 인터페이스나 뇌 기계 인터페이스를 만드는 것을 목표로 하고 있다. 연구실은 데이터 분석과 머신 러닝을 이용하여 경미한 인지 장애, 알츠하이머 질환, 수면 장애, 간질, 우울증을 비롯한 신경정신과 질환을 진단하려 한다.

한편 두 곳의 미국 회사가 신경 인터페이스 기술로 운전자 안전을 개선하는 방법을 연구 중이다. 캘리포니아주의 트림블사와 매사추세츠주의 뉴러블사는 파트너십을 체결하고 뇌 컴퓨터 인터페이스를 사용해 뇌 신호와눈 움직임을 추적하여 교육 효율과 운전자 안전을 개선하는 방법을 연구하고 있다.

신속한 회복

뇌파로 로봇을 제어하는 기술은 건강한 군인에게는 새로운 분야지만 동시에 부상 군인도 신경 기술 발전의 혜택을 누릴 수 있다. 2019년 2월 국방고등연구기획국은 바이오일렉트로닉스, 인공 지능, 바이오센서, 조직 공학, 세포 재생을 통해 스마트 및 적응형 상처 회복을 추진하는 프로그램을 시작했다. 조직 재생용 바이오일렉트로닉스(BETR) 프로그램은 폭발 부상과 화상을 입은 군인의 만성 통증과 어려움을 줄이는 것을 목표로 한다.

BETR 프로그램 관리자 폴 시한(Paul Sheehan)은 성명서에서 “상처는 살아있는 환경이며 세포와 조직이 소통하고 복구를 시도하면서 조건이 빠르게 변한다”며 “이상적인 치료는 상처 상태의 이러한 변화를 감지하고, 처리하고, 대응하고, 개입하여 회복을 수정하고 가속하는 것이다. 예를 들어 면역 반응을 조절하거나, 상처에 필요한 세포 유형을 모집하거나, 줄기 세포의 분화 방법을 지시하여 빠르게 치유하는 개입을 예상한다”고 밝혔다.

국방고등연구기획국은 광학, 생화학, 생체전자 또는 기계 등의 가용한 모든 신호를 사용하여 생리학적 과정을 모니터링한 후 이들을 자극하여 회복 속도를 높이려 한다.

시한은 “상처 상태에 반응하는 적응형 치료의 중요성을 이해하기 위해 항생제 연고 사례를 생각해보자”며”사람들은 간단한 베인 상처에 항생제를 사용하며 항생제는 감염된 상처 치료에 도움을 준다. 하지만천연 미생물을 완전히 제거하면 치유에 지장을 줄 수 있다. 따라서 피드백이 없으면 항생제는 역효과를 가져올 수 있다”고 설명했다.

전역 군인이 인체의 팔 및 손 동작과 거의 흡사한 라이프 언더 키네틱 에볼루션 암 시스템을 시연하고 있다. 이 시스템은 미국 국방고등연구기획국이 진행하는 인공 기관 혁명화 프로그램의 일환이다. 국방고등연구기획국

사지 제어 회복

사지 기능을 잃거나 사지가 절단된 민간인과 군인도 뇌 컴퓨터 인터페이스 기술의 혜택을 받게 된다. 일본 과학자들은 이 기술로 뇌졸증 환자의 사지 기능을 개선하고 있다. 도쿄 농공대학교 연구원들은 영상 보조 요법으로 자신의 손 동작을 관찰한 뇌졸증 환자가 더 빨리 재활할 수 있음을 발견했다.

2019년 7월 동료 검토 월간 과학지 IEEE 트랜잭션스 온 뉴럴 시스템스 앤 리해빌리테이션 엔지니어링에 기고한 논문에서 연구원들은 뇌졸증이 뇌로 향하는 혈류를 방해하여 환자를 마비시킬 수 있기 때문에 뇌의 건강한 부위가 손상된 부위의 기능을 대신할 수 있는 곳의 뇌 가소성을 촉진하면 환자가 운동 기능을 회복하는 데 도움을 줄 수 있다고 보고했다. 가소성을 증진하기 위해 뇌졸증 환자들은 운동 이미지를 통합하여, 동작하는 상상을 하고, 정신적으로 동작을 시뮬레이션할수 있다. 환자들이 자신의 손이나다른 사람의 손 움직임을 관찰하는 동안 뇌 컴퓨터 인터페이스기술이 운동 의도를 감지하고 기록한다.

신경 인터페이스는 인공 사지의 기능을 개선하는 데도 사용되고 있다. 국방고등연구기획국의 손 고유감각 및 터치 인터페이스 프로그램을 진행하는 연구원들은 보도 자료에서 말초 신경 임플란트를 통해 사지 절단자가 자연 제어 신호에 직접 접근하여 “더 자연스럽고 직관적으로 복잡한 손 움직임을 통제할 수 있게 하고, 감각 피드백을 추가하여 사지 절단자가 쥐는 힘과 손 자세를 느낄 수 있게 하여 손 기능을 더욱 개선할 것이다”라고 밝혔다.

윤리적 매개 변수 설정

테슬라를 창업한 억만장자 엘론 머스크(Elon Musk)와 페이스북이 뇌 기계 인터페이스 프로젝트를 공개하면서 뇌 연구에 대한 대중의 관심도 커지고 있다. 머스크는 뉴럴링크를 설립하고 2019년 7월 뇌 기계 인터페이스를 사용하여, 마비된 사람들이 생각으로 타이핑할 수 있게 도움을 주는 프로젝트를 공개했다. 한편 페이스북은 사람들이 이야기하는 것을 상상하여 타이핑할 수 있게 하는 비침습적 웨어러블 장치를 개발하고 있다.

이러한 선도적인 기업들은 근본적인 윤리적 질문을 제기한다. 일부 윤리학자들은 인간 두뇌에 기계를 연결하면 과연 인간이 자율권을 유지하는 것인가에 대한 질문이 제기될 수 있다고 우려한다.

2019년 7월 과학 학술지 네이처의 한 논문은 “당뇨병 치료를 위해 인슐린 분비를 자동 제어하는 혈당 모니터링 장치의 경우, 환자를 대신한 이런
의사 결정에는 논란의 여지가 없다”며”하지만 선의를 바탕으로 한 뇌 개입이 항상 환영받지는 못할 것이다. 예를 들어, 기분 장애를 관리하기 위해 폐쇄 루프 시스템을 사용하는 환자는 장례식처럼 정상적인 상황에서도 부정적인 감정을 경험하지 못할수 있다”고 주장했다.

네이처 논문은 군, 정부, 연구 병원이 윤리학자와 협력하여 새로운 기술 적용에 대한 윤리 기준을 수립하는 것이 일반적이지만 상업 조직은 종종 “비밀리에 연구를 진행하고 최소한의 감독을 받는 것으로 악명이 높다”고 주장했다.

앞으로 중요한 과제는 개인 정보를 보호하면서 기술 잠재력을 극대화하기 위해 국가가 얼마나 노력해야 하는지가 될 것이다. 네이처 논문에 따르면 취리히
스위스 연방 기술 연구소의 윤리학자 마르첼로 이엔카(Marcello Ienca)는 디지털로 저장된 뇌 데이터를 해커가 훔치거나 사용자가 접근을 허용한 기업이 사용할 수 있다고 말했다. 이엔카는 “뇌 정보는 모든 정보 중 가장 친밀하고 사적인 정보일 것이다”라고 말했다.