청각장애우에 희소식…생체 인공달팽이관 나온다

한국기계연구원, 관련 소자 기술 개발

▲한국기계연구원에 개방한 생체 인공달팽이관.[사진제공=한국기계연구원]

[아시아경제 정종오 기자]청각에 어려움을 겪고 있는 이들에게 희소식이 전해졌다. 청각장애우를 위한 생체모사 소자 기술이 개발됐다. 소리를 전기신호로 변환하는 무전원 소자이다. 이번에 개발된 소자는 생체모사 인공달팽이관의 핵심 기술로 귓속 달팽이관을 그대로 구현해 소리 감지 기능을 갖춘 생체기계전자 소자이다. 체내 이식도 가능하다. 세계 최초 기술이다.

이번에 개발된 인공기저막 소자는 생체 달팽이관의 기저막과 유모세포의 기능을 만들어 소리 신호의 주파수를 기계적으로 분리한다. 이어 각각의 분리된 주파수 성분을 전기신호로 변환해 청신경을 자극할 수 있도록 개발했다. 이 소자는 압전박막 인공기저막, 전극채널, 액체 챔버, 신호입력부로 구성돼 있다.

소리 음압이 고막을 통해 이소골의 접속핀과 연결된 소자의 입력부에 전달되고 음압에 의해 챔버 내부의 유체를 통해 소리가 전파되는 작동 원리이다. 전파된 소리 주파수는 압전소재 인공기저막의 특정 위치의 주파수와 공진현상으로 국부적인 변형이 발생한다. 그 변형에 따라 전기신호가 발생하게 된다. 이것이 결국 소리의 각 주파수 성분에 대한 전기신호를 발생하는 것이다.

또 소리신호를 주파수대역 100㎐~5000Hz에서 6채널의 주파수 성분을 분리할 수 있는 성능을 가지고 있다. 생체적합성 타이타늄 소재를 사용해 40mm×20mm 크기로 패키징 돼 있다.

기존의 인공와우 달팽이관 소자는 마이크로폰 소자를 사용해 소리신호를 전기신호로 변환한 다음 신호처리 전자 칩을 통해 주파수 분리가 진행돼 전력소모가 컸다. 체내와 체외 장치로 돼 있어 장애에 대한 노출이 있었다. 이번에 개발된 생체모사 인공기저막 소자는 기존 방식과 달리 전력소모가 적고 완전 체내이식이 가능하다. 작동원리가 실제 달팽이관의 소리 감지 메커니즘과 비슷해 신호처리를 한층 간단하게 할 것으로 기대된다.

개발된 기술은 완전이식형 신개념 인공와우 장치에 통합돼 체내에 이식될 수 있어 청각장애우들의 장애 노출을 최소화시킬 수 있다. 배터리 교체의 불편함도 없다. 달팽이관이 손상된 청각장애우의 삶의 질 향상에 크게 기여할 것으로 전망된다.

이번 연구는 한국기계연구원(원장 임용택) 나노자연모사연구실 허신 박사팀은 미래부 미래유망융합기술 파이오니아사업의 생체모사 인공청각계 융합연구단(단장 김완두)의 지원으로 이뤄냈다.

허신 박사는 "태어날 때부터 달팽이관이 손상돼 청각 장애를 지니고 태어나는 아기가 1000명당 1명, 한해 400~500명에 이르고 난청 환자는 인구 1000명당 4.4명이나 된다는 말에 연구를 시작하게 됐다"며 "개발된 생체모사 인공달팽이관 소자 기술은 체내이식형 인공와우와 에너지 수확소자, 수중 음향센서, 특수용 음향분석기 등에도 응용이 가능하다"고 말했다. 한편 이번 기술의 세계시장 규모는 2020년 약 26억 달러(약 2조6000억) 수준으로 예상했다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr