사람 눈 형태와 비슷한 인공 눈 개발

‘600만불의 사나이’는 1970년대 어린 시절을 보냈던 40~50대의 기억 속에 남아 있는 대표적인 미국 드라마이다. 어린이들이 주인공을 흉내내다가 다치거나 죽는 일이 자주 발생해 사회적 문제가 됐던 미드이기도 하다.미국항공우주국(NASA) 소속 우주비행사 스티브 오스틴 대령이 시험비행 중 추락해 한쪽 눈과 팔, 두 다리를 잃는 중상을 입게 됐는데 과학정보국이라는 곳에서 추진한 첫 번째 사이보그 요원으로 다시 태어나 위험한 임무에 투입되는 내용이다. 주인공이 이식받은 인공 눈은 20배 줌과 열감지기능을 갖추고 있어 독수리처럼 멀리 떨어져 있는 글자를 읽을 수 있는 것은 물론 캄캄한 밤에도 대낮처럼 볼 수 있다.

최근 케이블 채널에서 방영된 드라마 ‘루갈’에서도 첨단 생명공학 기술로 만들어진 인공 눈을 장착한 주인공이 등장한다. 여기에 등장한 인공 안구는 증강현실(AR) 기술이 더해져 데이터베이스에 접속해 각종 정보를 즉시 눈앞에 띄워 주기도 한다.

중국 홍콩과학기술대 전기정보공학과, 미국 캘리포니아 버클리대(UC버클리) 전기공학 및 컴퓨터과학과, 로렌스 버클리 국립연구소 재료과학분과 공동연구팀은 SF에 등장하는 수준까지는 아니지만 사람의 눈 구조와 유사하면서도 높은 해상도와 시야각을 확보할 수 있는 인공 눈을 개발하고 그 결과를 세계적인 과학저널 ‘네이처’ 21일자에 발표했다.

사람의 눈은 넓은 시야각과 높은 해상도를 갖고 있으며 빛에 매우 민감하게 반응한다는 특징을 갖고 있다. 이는 돔 형태의 망막과 1㎠당 1000만개가 넘는 광수용체 덕분이다. 로봇공학과 생체공학 분야에서 사람의 눈과 비슷한 인공 안구 개발 시도가 성공하지 못하고 있는 이유도 이런 망막의 형태와 복잡한 구조 때문이다.

지금까지 시도된 인공 안구는 환자의 눈에 인공 망막을 심고 이와 연결된 안경으로 망막 신경세포를 자극해 이미지를 볼 수 있게 하는 방식이 많았다. 또 사람의 눈과 비슷한 형태로 만든 것도 있기는 하지만 해상도가 떨어지거나 시야각이 좁고 내구성이 약하다는 문제가 있었다.

연구팀은 태양전지를 만들 때 활용되는 페로브스카이트라는 물질을 이용해 밀도가 높고 가벼울 뿐만 아니라 빛에 민감한 나노와이어로 연결된 반구형 인공 안구를 개발했다. 연구팀이 개발한 인공 눈은 알루미늄으로 만들어진 안구 가운데에 렌즈가 고정돼 수정체를 대신하고 이온성 액체로 채워져 있으며 뒤쪽에는 인공망막이 설치돼 있다. 인공망막에는 광수용체 세포를 모방한 나노와이어가 배열돼 있으며 액체금속선이 신경섬유를 대신하게 되는 것이다. 액체금속선은 인공망막의 나노와이어에서 받은 신호를 뇌로 전송하는 신경섬유를 모방한 것이다.이렇게 만든 인공눈은 알파벳 문자를 정확하게 인식할 수 있음을 연구팀은 확인했다. 이번에 만든 인공 눈은 개념증명장치이기 때문에 100픽셀 정도이며 픽셀당 3개의 나노와이어가 연결돼 있어 해상도가 낮았다. 그렇지만 연구팀은 나노와이어 밀도를 사람 눈에 있는 광수용체보다 최대 10배 이상 늘릴 수 있는 만큼 사람의 눈보다 높은 해상도를 가질 수 있다고 설명했다. SF에 등장하는 인공 안구처럼 사람의 눈보다 훨씬 우수하게 제작할 수 있다는 것이다.

연구를 이끈 지용 판 홍콩과기대 교수(나노재료과학)는 “이번에 개발된 인공 안구 기술은 사람의 눈 구조를 모방해 시각장애를 겪는 사람은 물론 로봇 공학이나 관측 장비 등 다양한 활용이 가능할 것으로 기대된다”고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr