최첨단 바이오센서로 뇌 제어 로봇공학 혁신

UTS 공학·IT 학부 프란체스카 이아코피(Francesca Iacopi) 교수팀이 개발한 이 바이오센서는 얼굴과 머리 피부에 부착되어 뇌가 보내는 전기 신호를 감지합니다. 이 신호는 자율 로봇 시스템을 제어하는 명령으로 변환될 수 있습니다.

바이오센서 연구는 Journal of Neural Engineering에 게재되었습니다.

이 센서는 실리콘-카바이드-온-실리콘 기판에 직접 성장시킨 에피택셜 그래핀(epitaxial graphene) — 본질적으로 매우 얇고 매우 강한 탄소의 다중 층 — 으로 만들어졌습니다. 그 결과 그래핀 기반 바이오센싱의 세 가지 주요 과제인 부식, 내구성, 피부 접촉 저항을 극복한 고도로 확장 가능한 새로운 센싱 기술이 탄생했습니다.

"우리는 생체적합성이 매우 뛰어나고 전도성이 매우 좋은 그래핀의 장점과 우리 바이오센서를 매우 탄력적이고 견고하게 만드는 실리콘 기술의 장점을 결합할 수 있었습니다."라고 이아코피 교수는 말했습니다.

그래핀은 바이오센서 개발에 자주 사용되는 나노소재입니다. 그러나 지금까지 이러한 제품 중 다수는 단일 사용 애플리케이션으로 개발되었으며 땀과 피부의 다른 형태의 수분과 접촉하면 박리(delamination)되기 쉽습니다.

반면 UTS 바이오센서는 고염도 환경에서도 장시간 사용하고 여러 번 재사용할 수 있습니다 — 전례 없는 결과입니다.

또한 이 센서는 피부 접촉 저항(skin contact resistance)을 크게 줄이는 것으로 나타났습니다. 이는 센서와 피부 사이의 비최적 접촉이 뇌로부터의 전기 신호 감지를 방해하는 현상입니다.

"우리 센서로 피부에 센서가 놓여 있을 때 접촉 저항이 개선됩니다."라고 이아코피 교수는 말했습니다. "시간이 지남에 따라 초기 접촉 저항의 75% 이상을 감소시킬 수 있었습니다."

"이는 뇌가 보내는 전기 신호가 신뢰성 있게 수집되고 크게 증폭될 수 있음을 의미하며, 센서가 가혹한 조건에서도 신뢰성 있게 사용될 수 있어 뇌-기계 인터페이스용 잠재력이 향상됩니다."

이 연구는 뇌파가 자율 주행 차량을 명령하고 제어하는 데 어떻게 사용될 수 있는지 조사하기 위한 더 큰 협력의 일부입니다. 이 작업은 나노기술과 전자 소재 분야에서 국제적으로 인정받는 이아코피 교수와 뇌-컴퓨터 인터페이스 선도 연구자인 UTS 석좌교수 친텡 린(Chin-Teng Lin) 간의 파트너십입니다. 국방 혁신 허브(Defence Innovation Hub)에서 120만 달러 지원을 받았습니다.