오감을 위한 센서

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2015년에 저는 인간의 다섯 가지 주요 감각—시각, 후각, 미각, 촉각, 청각—이 센서를 통해 어떻게 재현되고 있는지 살펴보았습니다. 우리는 감각을 통해 삶을 헤쳐 나갑니다. 감각은 주변 환경을 바라보는 관점을 제공하고, 우리가 살아가는 세상을 이해하도록 도와줍니다. 하지만 우리는 감각의 세계에 의해 제약을 받기도 합니다. 특정 감각이 저하되면 보청기처럼 그 기능을 보완하거나 향상할 수 있으며, 점자와 수어처럼 다른 감각에 의존해 이를 보상할 수도 있습니다.

오늘날에는 눈, 귀, 코, 혀, 손의 기능을 보조하거나 완전히 대체하는 기기(및 IoT 기술)가 개발되고 있습니다. 감각 수용기는 동일한 기능을 수행하는 마이크로칩 장치로 대체될 수 있으며, 이러한 장치는 우리 몸에 부착되거나 신체와 통합됩니다.

2015년 당시의 기술은 그야말로 눈이 번쩍 뜨일 만큼 놀라웠지만(하하), 지난 몇 년간 얼마나 발전했는지 살펴보고 싶었습니다.

시각: 구글 글래스를 기억하시나요? 단종되기 전, 엔지니어들은 자동차와 연결되어 렌즈에 원격 측정 정보를 표시하는 안경을 개발하고 있었습니다. 오늘날에는 이러한 정보를 전면 유리에 투사하는 장치를 사용하거나, 유리에 내장된 기술로 표시할 수 있습니다. 또한 벽 너머를 ‘볼’ 수 있게 해주는 기술도 있습니다.

전 세계 시각장애인은 2억 8,500만 명이며, 그중 3,900만 명은 전맹입니다. 과거에는 시각장애인을 위한 센서 기반 보조기기의 기능이 제한적이어서 대개 사용자에게 장애물의 존재만 알려 주었습니다. 이제 연구진은 주변 환경을 감지하고 더 안전하게 이동할 수 있도록 돕는 웨어러블 보조기기를 개발했습니다. 이러한 기기는 현재 음파 탐지기가 장착된 손목 밴드나 레이더 모니터 형태로 제공되며, 주파수 파동을 이용해 진동이나 소리로 정보를 전달합니다.

그뿐만이 아닙니다. 현재 바이오닉 눈이 개발되고 있으며, 시각장애인 환자들은 뇌-컴퓨터 인터페이스를 기반으로 작동하는 바이오닉 임플란트를 시험하고 있습니다. 이러한 장치는 특정 유전성 안질환을 앓는 환자의 시력을 일부 회복시킬 수 있습니다. 카메라와 눈 주변 및 망막 세포에 이식된 전극 배열이 시각 정보를 시신경을 따라 뇌로 전달해 환자의 시야에 빛의 패턴을 만들어 냅니다. 아직 완벽한 결과는 아니지만, 시력이 제한적이거나 점차 저하되는 사람들에게 희망을 줍니다.

후각: Smell-O-Vision과 1940~50년대의 Smell-O-Rama부터 모바일 기기에 연결해 향을 내뿜는 소형 장치에 이르기까지, 냄새를 만들어 내도록 설계된 물건은 오래전부터 존재해 왔습니다. 연기, 라돈, 일산화탄소 감지기처럼 공기 중 물질의 냄새를 ‘맡도록’ 설계된 장치도 마찬가지입니다. 연구진은 이미 호흡 속 아세톤을 감지해 당뇨병의 냄새를 맡을 수 있는 웨어러블 당뇨병의 냄새를 맡을 수 있는 센서를 개발했으며, 흑색종에서 나는 냄새를 식별하는 센서의 활용법도 알아냈습니다. 또한 Apple은 체취를 바탕으로 저혈당을 감지하는 센서를 iPhone과 Apple Watch에 추가하는 방안을 모색하고 있습니다. 현재의 전자 코는 선택적으로 중첩되는 가스 센서 배열과 패턴 재구성 구성 요소를 활용해 사람의 코보다 더 효과적으로 냄새를 맡을 수 있습니다. 냄새나 풍미는 하나의 종합적인 지문처럼 인식되어 신호 패턴(디지털 값)을 생성하며, 이 값은 냄새의 특성을 규정하는 데 사용됩니다. 그렇다면 ‘악취’를 N제곱하면 어떻게 될까요?

청각: 영국 기업 Wifore Consulting에 따르면, 청각 기술 시장만 해도 2020년까지 400억 달러 규모에 이를 전망입니다. 2018년에는 50억 달러 규모였습니다. 현재 경보 장치, 인공와우, 그리고 일련의 진동을 통해 청각 장애인이 소리를 들을 수 있도록 돕는 웨어러블 조끼가 있습니다. 여러 센서가 소리를 감지해 진동을 일으키므로 착용자는 소리를 듣는 대신 몸으로 느낄 수 있습니다. 진동은 해당 소리가 발생한 주파수와 정확히 같은 주파수로 일어납니다. (콘서트에서 쿵쿵 울리는 스피커 옆에 서서 소리를 몸으로 느껴 본 적이 있나요? 저음의 울림을 알아차리는 데 꼭 귀로 들을 필요는 없습니다.)

수어를 모르는 사람들과는 어떻게 소통할 수 있을까요? 시제품인 SignAloud 장갑은 미국 수어의 동작을 영어 음성으로 번역합니다. 이 장치는 오역이 발생하고, 의미와 의도를 전달하는 데 도움이 되는 눈썹 움직임, 수어 사용자의 몸짓 변화, 입 모양 같은 수어의 미묘한 요소를 포착하지 못한다는 비판을 받기도 했습니다. 또 다른 장갑을 사용하면 얼굴 표정을 덧붙이지 않고도 단어나 구문에 해당하는 동작을 녹화하고 이름을 지정할 수 있습니다. 다른 버전은 번역 내용을 착용자의 스마트폰으로 직접 전송해 단어나 구문을 음성으로 들려줄 수 있습니다.

촉각: 2013년에는 연구진이 유연한 센서를 개발했습니다 이 센서는 온도, 압력, 습도를 동시에 감지할 수 있어 인간 피부의 감각 기능을 모방하는 데 큰 진전을 이루었습니다. 한편, 피츠버그대학교 메디컬 센터는 로봇 팔을 설계했으며 사용자는 로봇 손가락에 가해지는 접촉을 느낄 수 있습니다.

그리고 이제 인공 신경까지 등장했습니다! 피부 속 감각 뉴런과 마찬가지로, 밴드처럼 생긴 유연한 장치가 접촉을 감지하고 정보를 처리한 뒤 다른 신경으로 전달합니다. 이 신경은 0과 1 대신 생물학적 신경과 동일한 언어를 사용해 바퀴벌레의 다리든 절단된 팔다리에 남아 있는 신경 말단이든 신체와 직접 소통할 수 있습니다.

오늘날의 의수·의족은 사용자의 뇌 활동을 읽고 그에 따라 움직일 수 있습니다. 하지만 그 반대, 즉 전압을 전기 펄스로 변환하는 회로를 상상해 보세요. 이 인공 신경이 출력하는 것은 신체가 이해할 수 있는 전기적 패턴, 바로 ‘신경 코드’입니다. 컴퓨터는 잊으세요. 이제 신경의 시대로 나아갈 때입니다!

미각: 음식 사물인터넷이 확장되고 있습니다. 저는 비위생적인 수준으로 오염된 기름을 감지할 수 있는 스마트 젓가락, 먹은 횟수를 모니터링하는 포크, 마신 양과 칼로리를 계산하는 스마트 컵에 관해 글을 쓴 적이 있습니다.

The field of 화학감각 연구 분야는 미각 세포에 발현되는 주요 수용체를 식별하고, 이러한 수용체가 뇌에 신호를 보내는 방식을 이해하는 데 중점을 둡니다. 예를 들어, 연구자들은 단맛과 쓴맛을 내는 물질이 각각의 표적 수용체에 어떻게 결합하는지 더 깊이 이해하기 위해 노력하고 있습니다. 우리가 맛이라고 생각하는 것은 흔히 식품 성분의 분자 구성과 후각이 결합되어 만들어집니다. IBM 리서치 블로그에 따르면, IBM의 하이퍼테이스트는 “각각 한 쌍의 전극으로 구성된 전기화학 센서를 사용하며, 각 센서는 여러 분자의 조합이 존재할 때 전압 신호로 반응합니다…모든 전극 쌍에서 나온 전압 신호를 합치면 해당 액체의 고유한 지문이 됩니다.” 이 시스템 역시 인간의 미각처럼 훈련이 필요합니다! 또 다른 미각 중심 시스템은 센서와 전극을 사용해 레모네이드의 기본적인 색과 신맛을 물이 담긴 텀블러에 디지털 방식으로 전송함으로써, 물이 여름철 인기 음료인 레모네이드처럼 보이고 맛도 나게 합니다.

어떤 경우든 이러한 모든 기술이 제대로 작동하려면 애플리케이션과 서비스, 그리고 일정한 코드가 필요합니다. 공상과학적 상상은 차치하더라도, 개인의 관점이 이토록 빠르게 소프트웨어에 반영될 줄 누가 알았을까요?

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