'인체와 네트워크의 융합' 계속되는 생물학 기반 네트워크 연구

2020.09.28 Patrick Nelson | Network World

사람의 신체 조직과 직접 연결할 수 있는 생물학적 기반의 통신 네트워크 및 전자 기술에 대한 연구는 계속되고 있다.

컴퓨터 네트워크를 인간의 신체와 통합한다는 개념은 몇 가지 영역에서 활발한 연구가 진행되고 있다. 최근에 두 연구팀이 각자의 프로젝트를 공개했는데, 생물학적 세포를 네트워크로 연결하는 방법과 전자기기를 인체 조직에 직접 통합하는 방법을 소개해 주목을 받았다. 두 발표 모두 미국화학회(American Chemical Society)의 2020년 가을 가상 엑스포에서 이루어졌다.

메릴랜드대학 연구팀은 전자기기의 네트워크를 흉내 낸 생물학적 세포 기반의 통신 네트워크에 중점을 두고 있으며, 델라웨어대학 연구팀은 하드웨어와 사람의 신체가 직접 인터페이스하는 개념을 연구하고 있다.

생물학적 세포 컴퓨팅

메릴랜드대학 연구팀은 인체 내의 세포를 제어할 수 있는 생물학 기반 통신 네트워크 개념을 연구하고 있다. 궁극적으로는 의학적인 상태를 진단하고 처치할 수 있도록 동작하는 것이 목표이다. 책임 연구원 윌리엄 벤틀리는 “전자적 정보 처리를 생물학을 포함하는 영역까지 확장하고자 한다”며, “목표는 생물학적 세포를 연산 의사결정 과정에 통합하는 것”이라고 설명했다.

연구팀의 계획은 산화 환원(redox) 매개제를 이용하는 것으로, 세포 내에서 일어나는 전자의 움직임을 이용한다. 세포는 전류를 생성할 수 있으며, 이 전류가 커뮤니케이션을 위한 신호를 생성한다. 이들 전류는 전자기기를 구동하는 것은 물론, 커뮤니케이션을 제공한다.

보도자료에 따르면, “벤틀리 연구팀이 개발한 새로운 기술은 산화 환원 매개제를 이용하는데, 전자를 세포 주변으로 움직이게 한다. 이들 작은 분자는 산화 작용의 감소를 통해 전자를 받거나 버림으로써 세포 활동을 수행한다. 이들은 전자를 전극과 교환할 수 있고 전류를 생산할 수 있기 때문에 산화 환원 매개제는 하드웨어와 신체 조직 간의 격차를 메울 수 있다.”

연구팀은 전자기기를 운영할 수 있는 세포의 반응이란 개념으로 설명한다. 잠재적인 애플리케이션은 웨어러블 디바이스로 박테리아 감염을 진단하고 처치하거나 사람이 먹을 수 있는 캡슐에 적용해 혈당을 추적하고 인슐린을 생성하는 용도로 사용할 수 있다.

후속 연구에서 연구팀은 이런 종류의 정보 교환이 일어날 수 있도록 하는 인터페이스도 개발할 계획이다.

전자기기와 신체 조직의 통합

델라웨어대학 연구팀은 일종의 사이보그 기술을 통해 인간과 인공지능을 융합하는 데 중점을 두고 있다. SF 분야에서 많이 사용하는 사이보그란 용어는 유기적인 바이오메카트로닉스 개념의 가상 존재이지만, 실제로 구현될 날이 멀지 않았다.

연구팀은 전자기기와 인체의 더 나은 통합을 향한 단계를 진행하고 있다. 전지기기를 좀더 매끄럽게 인체 조직에 직접 연결하는 개념으로, 심박동기처럼 선을 이용해 전자기기를 심는 것과는 다른 방식이다.

해결해야 할 과제 중 하나는 전통적인 임플란트 기기에 저항이 발생한다는 것이다. 예를 들어, 금이나 실리콘 같은 초소형 전자 물질을 심는 과정에서 유발되는 흉터 형성(scarring) 때문에 수집하고자 하는 데이터가 방해를 받을 수 있다. 이런 흉터 형성은 전기 신호를 방해하는데, 이들 신호는 근육이나 뇌조직에 적용된 애플리케이션이 적절하게 동작하기 위해 원활하게 전달되어야 한다.

연구팀이 중점을 두고 있는 것은 바로 이 부분, 유기 조직에서 전기적, 기계적 조직으로 연결되는 매끄러운 전기적인 전이다. 이는 바로 사이보그를 의미한다. 연구팀을 이끌고 있는 데이빗 마틴 박사는 발표문을 통해 “뇌에 단단한 비유기체 초소형 전극을 연결하려는 과정에서 이 아이디어는 얻었다. 뇌는 유기체이고 염분과 살아있는 물질로 구성되기 때문이다”라며, “시도는 잘 되지 않았고, 그래서 더 나은 방법이 있을 것이라고 생각했다”고 배경을 설명했다.

연구팀은 전기 부품용 코팅이 하드웨어와 인간의 근육을 연결하는 핵심이라고 보고, 유기 전기 물질을 테스트해 저항이 낮아 전력과 커뮤니케이션 효율이 좋은 물질을 발견했다. 마틴은 “비생물학적 디바이스에 사용하는 복합 고분자 같은 유기 전기 물질을 찾아보기 시작했다”며, “화학적으로 안정된 예를 발견했는데, 전기 디스플레이용 정전기 방지 코팅을 위해 상업적으로 판매하는 것이었다”고 밝혔다.

연구팀은 유기 조직과 기계 간에 이런 식의 전이가 구현되면 ‘이식’ 자체를 혁신할 수 있을 것으로 본다. 연구팀이 개발하고 있는 것 중 하나는 신경 전달 물질을 탑재한 고분자 물질을 생성하는 것으로, 뇌 진단용으로 심을 수 있다. 마틴은 “이런 생물학적 합성 하이브리드 물질은 언젠가 인공 지능과 인간의 뇌를 융합하는 데 유용하게 사용될 수도 있다”고 덧붙였다. editor@itworld.co.kr

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“유료 VPN, 분명한 가치 있다” VPN 선택 가이드

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