우리의 오감을 위한 센서

2015년에 저는 시각, 후각, 미각, 촉각, 청각이라는 우리의 오감(五感)이 센서를 사용하여 어떻게 재창조되는지 탐구했습니다 . 감각은 우리가 삶을 살아가는 방식입니다. 감각은 우리에게 주변 환경에 대한 관점을 제공하고, 우리가 사는 세상을 해석하는 데 도움이 됩니다. 하지만 우리는 감각 세계에 의해 제한을 받습니다. 감각이 약화되면 그 효과를 비슷하거나 더 강화하는 방법(보청기를 사용하는 것처럼)이 있거나 보상적으로 다른 감각에 의존하는 방법(점자나 수화처럼)이 있을 수 있습니다.

오늘날에는 눈, 귀, 코, 혀, 손의 기능과 협력하거나 그 기능을 완전히 대체하는 가젯(및 사물인터넷 기술)이 제작되고 있습니다. 감각 수용체는 이러한 수용체와 동일한 기능을 수행하는 마이크로칩 장치로 대체될 수 있으며, 신체에 부착되거나 통합될 수 있습니다.

2015년의 기술은 눈을 뜨게 하는 것이었지만(하하), 저는 지난 몇 년 동안 얼마나 많은 발전이 있었는지 살펴보고 싶었습니다.

시력: 구글 글래스 기억나시나요? 이 제품이 출시되기 전 엔지니어들은 자동차에 연결되어 렌즈에 원격 측정 디스플레이를 제공하는 안경을 개발하고 있었습니다. 오늘날에는 이러한 정보를 앞유리에 비추어 주거나, 유리에 내장된 기술을 사용하여 표시하는 장치 가 있습니다. 벽을 투시 할 수 있는 기술도 있습니다.

전 세계적으로 시각장애인은 2억 8,500만 명이고, 그 중 완전 실명자는 3,900만 명입니다. 시각 장애인을 위한 센서 기반 보조 장치는 예전에는 성능이 제한적이었고, 일반적으로 사용자에게 장애물의 존재만을 알렸습니다. 이제 연구자들은 사람이 주변 환경을 감지하고 더 안전하게 이동할 수 있게 해주는 착용형 보조 장치를 개발했습니다. 이 장치들—현재 소나 장착형 손목 밴드나 레이더 모니터로 이용 가능—주파수파를 사용하고 진동이나 오디오로 피드백을 제공합니다.

그 외에도 생체 눈이 개발되고 있으며 시각 장애인 환자들은 뇌-컴퓨터 인터페이스에 의존하는 생체 임플란트를 테스트하고 있습니다. 이러한 장치는 특정 유전적 안구 질환이 있는 환자의 시력을 어느 정도 회복시켜 줄 수 있습니다. 눈과 망막 세포 주위에 이식된 카메라와 전극 배열은 시신경을 따라 뇌로 시각 정보를 전송하여 환자의 시야에 빛 패턴을 생성할 수 있습니다. 결과는 완벽하지는 않지만 시력이 제한되거나 저하되는 사람들에게는 희망을 줄 수 있습니다.

냄새가 나다: 1940~50년대의 Smell-O-Vision 과 Smell-O-Rama부터 모바일 기기에 연결하여 향을 내는 작은 기기까지, 냄새를 내도록 설계된 물체는 꽤 오랫동안 존재해 왔습니다. 연기, 라돈, 일산화탄소 감지기처럼 공기 중의 물질을 "냄새 맡도록" 설계된 장치도 있습니다. 연구자들은 이미 호흡에서 아세톤을 감지하여 당뇨병 냄새를 맡을 수 있는 착용형 센서를 개발했으며, 센서를 사용하여 흑색종의 냄새를 식별하는 방법을 알아냈습니다. 또한, Apple은 신체 냄새를 기반으로 저혈당을 감지하는 센서를 iPhone과 Apple Watch에 추가하는 방안을 검토하고 있습니다. 현재의 전자코는 선택적으로 겹치는 다양한 가스 센서와 패턴 재구성 구성 요소를 사용하여 인간의 코보다 더 효과적으로 냄새를 맡을 수 있습니다. 냄새나 맛은 전반적인 지문으로 인식되고 냄새를 특징짓는 데 사용되는 신호 패턴(디지털 값)을 생성합니다. "악취"는 N제곱으로 얼마일까요?

듣기: 영국 기업인 Wifore Consulting 에 따르면, 2020년까지 청각 기술 시장 규모는 400억 달러에 달할 것으로 예상됩니다. 2018년에는 50억 달러였습니다. 우리는 경보 장치, 인공 달팽이관, 그리고 청각 장애인이 일련의 진동을 통해 소리를 들을 수 있도록 돕는 착용형 조끼를 보유하고 있습니다. 여러 개의 센서가 소리를 감지하고 진동시켜, 착용자가 소리를 듣는 것이 아니라 느낄 수 있게 합니다. 진동은 소리가 나는 주파수와 정확히 일치합니다. (콘서트에서 쿵쿵거리는 스피커 옆에 서서 소리를 느껴본 적이 있나요? (저음의 쿵쿵거리는 소리를 알려면 소리를 들을 필요는 없습니다.)

수화를 모르는 사람들과 소통하는 건 어떨까? 프로토타입 SignAloud 장갑은 미국 수화 언어의 제스처를 말로 하는 영어 언어로 번역합니다. 이 장치에 대한 비판은 잘못된 번역과 수화 언어의 미묘한 차이(눈썹 움직임, 수화하는 사람의 신체 움직임, 입 모양 등 의미와 의도를 전달하는 데 도움이 되는 2차 신호)를 포착하지 못한다는 데 있었습니다. 다른 장갑을 사용하면 사용자는 얼굴 표정을 추가하지 않고도 단어나 문구에 해당하는 제스처를 녹음하고 명명할 수 있습니다. 다른 장갑을 사용하면 착용자의 스마트폰으로 번역 내용을 직접 보내서 스마트폰에서 단어나 문구를 발음할 수 있습니다.

만지다: 2013년에 연구자들은 온도, 압력, 습도를 동시에 감지할 수 있는 유연한 센서를 개발해 인간 피부의 감지 기능을 모방하는 데 큰 진전을 이루었습니다. 피츠버그 대학 의료 센터에서는 사용자가 로봇 손가락에 가해지는 촉감을 느낄 수 있는 로봇 팔을 설계했습니다 .

이제 우리는 인공신경을 가지게 됐습니다! 우리 피부에 내장된 감각 뉴런과 비슷하게, 휘어지는 반창고처럼 생긴 장치가 접촉을 감지하고 정보를 처리하여 다른 신경으로 전송합니다. 이 신경은 0과 1 대신 생물학적 신경과 같은 언어를 사용하고 바퀴벌레의 다리이든 절단된 사지의 잔류 신경 종말이든 신체와 직접 소통할 수 있습니다.

오늘날의 보철물은 사용자의 뇌 활동을 읽고 그에 따라 움직일 수 있지만, 그 반대로 전압을 전기 펄스로 변환하는 회로도 있을 수 있다고 상상해보세요. 이 인공 신경의 출력은 신체가 이해할 수 있는 전기적 패턴, 즉 "신경 코드"입니다. 컴퓨터는 잊고, 이제는 신경으로 가보자!

맛: 식품 인터넷이 확장되고 있습니다. 저는 비위생적인 수준의 오염이 포함된 기름을 감지할 수 있는 스마트 젓가락, 당신이 얼마나 많이 먹었는지 모니터링하는 포크, 당신이 마신 양과 칼로리를 세는 스마트 컵에 대해 글을 썼습니다.

화학 감각 연구 분야는 미각 세포에서 표현되는 주요 수용체를 식별하고, 이 수용체가 어떻게 뇌로 신호를 보내는지 이해하는 데 초점을 맞춥니다. 예를 들어, 연구자들은 단맛과 쓴맛이 표적 수용체에 어떻게 부착되는지에 대한 이해를 높이기 위해 노력하고 있습니다. 우리가 맛이라고 생각하는 것은 종종 냄새와 함께 음식 성분의 분자 구성에서 비롯됩니다. IBM의 Hypertaste는 "전극 쌍으로 구성된 전기화학 센서를 사용하며, 각각은 전압 신호를 통해 분자 조합의 존재에 반응합니다... 모든 전극 쌍의 결합된 전압 신호는 액체의 지문을 나타냅니다."라고 IBM Research Blog 에 나와 있습니다. 인간의 입맛과 마찬가지로 훈련이 필요합니다! 또 다른 맛에 초점을 맞춘 시스템은 센서와 전극을 이용해 레모네이드의 기본 색상과 신맛을 디지털 방식으로 물에 전송해 여름철에 가장 인기 있는 음료처럼 보이고 맛도 좋게 표현합니다.

어떤 경우에도, 이 모든 기술은 제대로 작동하려면 애플리케이션, 서비스 및 일부 코드가 필요합니다. 공상과학은 차치하고, 개인의 관점이 그렇게 빨리 소프트웨어에 반영될 수 있을 거라고 누가 생각했을까요?