2012.05.26 블로터 “전자의수, 3D 프린터로 맘껏 뽑아 쓰세요”

“전자의수, 3D프린터로 맘껏 뽑아 쓰세요”

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5월23일 오후 2시. 부산 문화콘텐츠 콤플렉스 건물 5층으로 하나둘 사람들이 모였다. 김근배 반송센텀의원 원장을 중심으로 모인 부산의 페이스북 공개 그룹 ‘펀무브’ 일원들이다. 그동안 각자 진척시킨 연구 결과를 그룹 맴버와 교환하는 것이 이날 모임의 목적이다. 약속된 시간을 맞춰 A씨도 모임 장소에 도착했다. A씨는 8년 전 사고로 왼쪽 팔꿈치 아래를 잃었다. 펀무브 그룹이 3D프린팅 기술과 아두이노, 스마트폰 충전용 배터리를 활용해 손가락이 움직이는 전자의수를 제작 중이다.

“지금 쓰시는 게(DIY 전자의수) 저번 것(기존 전자의수) 보다 훨씬 편한가요?”

“그렇죠. 그거보다 가볍고. 그거는 (손을)쥐면 유리컵이 깨져요. 힘이 너무 강해서.”

김근배 원장의 질문에 A씨는 “가볍다”고 대답했다. 손가락을 쥐는 힘이 너무 강한 탓에 유리컵이 깨지는 기존 전자의수와 비교해 안전할 것 같다는 의견도 냈다. 이날 실험은 성공적이었다. A씨와 펀무브 그룹이 만난 것은 이번이 세 번째. 3D프린터로 출력하고, A씨의 의견을 받아 디자인 변경과 기능 수정을 거친 전자의수는 꼭 세 번 만에 만족스러운 동작을 선보였다. A씨의 의도대로 의수가 움직이는 것을 본 펀무브 그룹 회원들이 곧 상기된 표정을 지었다. 누구도 드러내 말을 하지는 않았지만, 속으로 탄성을 질렀음을 공기로 느낄 수 있었다. 이날 A씨는 마우스와 거즈 뭉치, 약 300g 정도 되는 물체를 펀무브가 제작한 전자의수로 손쉽게 들 수 있었다.

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아두이노∙3D프린터로 실현한 DIY 전자의수

김근배 원장이 전자의수에 관심을 갖게 된 것은 뜻밖에도 딸과 아들 두 자녀가 가져온 ‘아두이노’ 덕분이었다. 둘 자녀가 나란히 카이스트에서 주최한 로봇 과학캠프에 다녀오면서 아두이노를 집에 가져왔더란다. 아두이노는 소형 오픈소스 마이크로 컨트롤러다. 이른바 ‘메이커’ 운동 분야에서는 잘 알려진 물건이지만, 김근배 원장은 자녀들 덕분에 아두이노 세상에 처음 발을 들였다.

처음에는 아두이노로 ‘마이크로마우스’를 만들 생각이었다. 막다른 길을 학습해 미로를 스스로 빠져나가는 쥐를 닮은 장치 말이다. 그러다 인터넷으로 비전자식 의수를 접했다. 혹시 아두이노에 모터를 끼우면, 비전자의수를 전자의수로 만들 수 있지 않을까. 손가락을 움직이도록 하면, 물건을 잡는 일도 쉽게 할 수 있을 텐데. 김근배 원장은 아두이노 보드와 나무판, 폼보드를 이용해 의수를 만들기 시작했다.

“처음에는 나무판과 폼보드로 손 모양을 만들었어요. 실제 아두이노 모터에 장착해보니 잘 작동하더라고요. 이거 잘하면 환자들도 생활에서 쓸 수 있겠다 싶었죠.”

3D프린터로 제작하면 더 나은 결과물을 얻을 수 있다는 것도 나중에야 알게 됐다. 아두이노와 나무판으로 만든 전자의수 습작을 인터넷에 공개하자 이곳 저곳에서 도움의 손길이 몰려들었다. 비철가공업체 삼현기술의 정운겸 씨는 3D프린터를 선뜻 기증했고, 입시학원을 운영하는 조현퇴 원장은 3D프린팅 기술을 활용해 물체를 인쇄하는 노하우를 전수해줬다. 앱트로닉스의 문기석 대표와 최덕병 이사는 전자의수에 들어갈 메인보드 제작에 힘을 보탰다. 손가락이 움직이려면 실리콘처럼 부드러운 소재로 출력한 부품이 필요한데, 이 문제를 해결하지 못하고 있을 때 창원에 있는 3D프린팅 스타트업 이조의 이정훈 기획이사가 해결책을 들고 나타났다. 부드러운 소재를 활용한 3D프린팅이 가능하다는 것도 이 때 알게 됐다. 전자의수에서 일종의 손가락 관절 역할을 하는 부품은 이렇게 완성됐다.

서울과 부산에서 모인 이들이 지금은 총 11명. 3D프린터와 전자의수 제작에 관심 있는 학생까지 포함해 40여명의 그룹이 조직됐다. 이름도 지었다. 즐겁게 움직이자는 뜻의 ‘펀무브’다. 전자의수를 만드는 이들도 즐겁고, 의수를 착용한 환자도 즐겁게 하도록 하자는 뜻을 담았다. 김근배 원장 혼자서는 퍽 오랜 시간 매달려야 했을 일이었지만, 마음 맞는 이들의 도움으로 제작 속도도 올릴 수 있었다. 지금은 펀무브 그룹에서 1주일에 1개씩 개선된 버전의 전자의수를 만들고 있다.

“제가 초등학교 4학년 때 형이 당시 ‘애플II’ 컴퓨터를 집에 들이면서 처음으로 컴퓨터를 접했어요. 중학생이 되자 당시 서울의 동부교육구청 중등부 대표로 컴퓨터 경시대회에 나갈 정도가 되더라고요.”

김근배 원장이 처음부터 의사가 되고자 한 것은 아니었다. 어릴 때 형 덕분에 접한 컴퓨터 덕분에 공학도의 꿈을 키울 수 있었다. 중등부 시절 구청 대표로 참여한 컴퓨터 경시대회에 참여해 1등을 했을 정도니까 공학에 대한 관심은 대단했으리라. 건국대학교 부속고등학교 시절까지 달라지지 않았던 공학도의 꿈은 의대를 진학하면서 일단 정지선에 멈췄다.

말하자면, 한참이 지나고 부산으로 내려와 개업의가 된 이후 딸과 아들의 손에 우연히 딸려 김근배 원장의 집으로 들어온 아두이노 한 세트가 어린 시적 추억을 되살려준 셈이다. 추억은 고스란히 김근배 원장의 전문 분야인 의학과 만났다.

“손목이 없는 사람은 의수에 모터가 있으면 좋거든요. 아두이노를 보니까, 전자의수에 좋겠는데 싶은 생각이 들더라고요. 오랜만에 코딩도 시작했고요. 소스코드 예제 띄워놓고 코딩 짜다 보니 추억도 되살아나고 좋던데요.”

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원리는 압력센서, 목표는 300g

펀무브가 제작한 전자의수의 동작 원리는 간단하다. 사람의 팔과 비슷하게 디자인한 의수를 3D프린터로 출력하는 것이 시작이다. 김근배 원장은 3D프린터에 쓸 도면을 제작하기 위해 간단한 3D 모델링 도구를 다루는 법까지 배웠단다. 의수 출력이 끝나면, 손가락과 손바닥, 팔뚝 부품을 서로 연결한다. 아두이노 회로는 손가락을 오므렸다 펼 수 있도록 하는 전자의수의 핵심 부품이다. 아두이노 회로에 부착한 서보모터가 손가락과 연결된 낚싯줄을 당겨주기 때문이다. 모터를 돌리는 신호는 어떻게 입력하느냐고? 압력센서가 의외로 제구실을 했다.

“원래 기존 전자의수는 보통 근육의 전기신호를 감지하는 센서를 활용하거든요. 그런데 우리는 압력센서를 쓰기로 했어요. 환자가 팔뚝에 힘을 줘서 압력센서가 눌리면, 손가락이 작동하는 원리입니다.”

근육 센서는 피부에 부착해야 한다. 미세한 전기신호를 감지해야 하기 때문이다. 정확성은 좋지만, 사용성은 떨어진다. 옷 위에서는 동작하지 않는 탓이다. 압력센서는 반대다. 동작이 다소 부정확할 수 있지만, 옷 위에 부착해도 쓸 수 있고, 값도 싸다. 누구나 쉽게 쓸 수 있는 3D프린터 전자의수를 만들기 적합한 부품이다.

3D프린터로 출력한 의수를 환자 팔에 끼우고, 팔뚝과 의수 사이에 압력센서를 밀착해 집어넣기만 하면 의수 착용이 끝난다. 환자가 필요할 때 팔뚝에 힘을 주면 자연스럽게 근육이 팽창하는데, 팽창한 근육이 압력센서를 압박한다. 압력센서에 압력이 감지되면 전자의수의 손가락이 움직이는 간단한 원리다. 다소 부정확할 수 있는 압력센서의 입력 오류는 코딩을 수정해 최적의 값을 찾도록 했다.

아두이노와 3D프린터를 활용해 전자의수 한 벌을 완성하는 데 투입된 비용은 총 15만원 정도. 이날 부산 문화콘텐츠 콤플렉스를 방문한 A씨가 기존에 쓰던 기성품은 1700만원 정도 되는 제품이라고 하니, 100분의 1에도 미치지 않는 가격이다. 4천만원에서 더러는 1억원을 호가하는 전자의수도 기성품도 있단다. 많은 절단 환자가 전자의수 사용을 포기하는 원인 중 경제적인 여건을 빼놓을 수 없는 것은 이런 이유에서다.

“현재 가장 가벼운 기존 전자의수의 무게가 1.2kg 정도 된다고 해요. 그런데 우리가 만든 의수는 600g 정도밖에 안 되거든요. 앞으로는 300g까지 줄여볼 계획입니다.”

안전에도 신경 썼다. 펀무브 전자의수에 쓰인 서보모터는 약 10kg 정도의 힘을 낸다. 손가락으로 힘이 분산되면, 각각 2kg 정도의 힘이 작용한다. 사람이 다른 사람과 손을 잡고 악수를 하는 데 드는 힘과 비슷한 정도다. 유리컵을 깰 정도로 쥐는 힘이 강한 기존 전자의수보다 안전하면서도 일상에서 쓰는 작은 물체는 어렵지 않게 들 수 있다.

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“환자 스스로 확산하는 것이 목표”

“오늘 기분이 아주 좋아요. 지금까지 실험한 것 중에서 오늘이 가장 잘 작동한 것 같아요. 아마 다음 주 정도에는 A씨가 댁으로 가져가셔서 실제 생활에 활용하실 수 있는 전자의수를 만들 수 있을 것 같은데요.”

펀무브는 환자인 A씨와 몇 차례 만나 의견을 주고받았다. 불편한 점을 듣고, 개선해야 할 부분을 점검했다. 펀무브 그룹의 모든 이들이 전자의수 제작에 열성을 보였다지만, 세 번째 시제품에서 만족스러운 작동을 확인할 수 있을 것이라고는 기대하지 못했다. 김근배 원장이 지난 1월 처음으로 전자의수 제작을 계획했으니 불과 넉 달 만에 사용이 가능한 버전을 완성한 셈이다. 15만원짜리 펀무브표 전자의수가 국내외 많은 절단 환자들에게 좋은 대체품이 될 수 있지 않을까. 아직 고민해야 할 부분은 많다.

“이걸 만들어 파는 것이 우리의 목표는 아니에요. 전자의수를 활용해 사업할 생각도 없고요. 다만, 우리가 처음으로 전자의수를 만들어 환자에게 제공하면, 그 환자가 다른 환자에게 또 다른 전자의수를 제작해 도움을 주는 형식으로 발전하도록 하자는 것이 우리 목표입니다.”

펀무브는 전자의수 판매나 사업과는 거리가 멀다. 대신 환자와 환자를 잇는 네트워크에서 확산의 가능성을 찾고 있다. 3D프린터 한 대와 공개된 소스코드 몇 줄, 아두이노만 있으면 누구나 전자의수를 제작할 수 있는 환경이 마련된 덕분이다. 전자의수를 실제 활용하는 환자가 고장 난 부분을 스스로 고치는 데 3D프린터 만한 기술이 없다는 게 김근배 원장의 생각이다. ‘전자의수 품앗이’라고 불러도 좋다. 김근배 원장과 펀무브가 산파 노릇을 하고, 지금은 부산의 A씨와 서울의 5살배기 아이에게 전자의수 씨앗을 심는 중이다.

“앞으로는 환자가 전자의수에 얼마나 강한 힘을 주고 있는지 피드백을 주는 기능을 추가할 생각이에요. 서브모터를 하나 더 쓰면, 피부에 촉감으로 쉽게 알려줄 수 있거든요. 압력센서 대신 근전도 센서를 활용하는 방법도 고민 중이고요.”

다음 목표는 근전도 센서를 활용해 좀 더 정밀하게 조작할 수 있는 전자의수를 만드는 일이다. 김근배 원장은 원래 PC나 게임을 조작하도록 설계된 근전도 센서 컨트롤러가 도움이 될 것으로 기대하고 있다.

“A씨가 그러더라고요. ‘지갑에서 돈 한 번 꺼내봤으면 좋겠다’라고. 우리가 만든 전자의수가 모든 생활에서 실제 자신의 팔처럼 자유자재로 쓰일 수 있을 것이라고는 생각 안 해요. 일상의 아주 작은 부분만 채워줘도 좋겠다고 생각합니다.”

왼손이 없는 환자는 오른손에 음료수 캔을 든 상태로는 현관문을 열 수 없다. 양손을 모두 가진 이들에게는 아주 쉬운 일도, 절단 환자들에겐 보통 번거로운 일이 아니다. 전자의수가 오른손에 든 음료수 캔을 아주 잠깐이나마 대신 들어줄 수 있는 일상의 도구가 되는 것. 아두이노와 3D프린터, 그리고 부산과 서울에서 모인 40여명의 열정이 DIY 전자의수의 완성을 주목하고 있는 이유다.

• DIY 전자의수와 관련한 자료가 필요한 이들은 페이스북의 펀무브 그룹에 문의하면 된다. 소스코드를 포함해 최신 자료도 보내준다고 하니, 방문해 보도록 하자.

페이스북 펀무브 자료실 가기

<출처: 블로터, http://www.bloter.net/archives/228707>

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[메디컬 3.0] 현실화되는 3D 프린터의 의학적 활용

[2015년 05월 06일자 14면 기사]

3D 프린터 보급이 확대되면서, 가장 큰 기대를 한 분야 중의 하나가 의학분야다. 여기에는 TED 강연을 통해 2011년 안토니 아탈라(Anthony Atala)가 인공 신장을 3D로 프린팅할 수 있다고 이야기한 것과, 2012년 리 크로닌(Lee Cronin)이 3D 프린터로 자신이 필요로 하는 약을 프린트해서 먹는 미래를 이야기한 것이 큰 영향을 미쳤다.

안토니 아탈라는 재생의학 분야에서 지지체를 3D 프린트하고 여기에 줄기세포를 뿌려 배양함으로써 새로운 바이오 장기를 배양하는 기술을 설명하였다.

그가 이야기한 줄기세포 기술과 지지체 기술의 발전이 미래 의학에 있어 굉장히 중요한 변화를 가져오리라는 것에는 필자도 믿어 의심하지 않는다. 그렇지만, 그는 TED 강연을 통해 너무 지나치게 이른 시기에 마치 인공장기를 3D 프린터로 금방 뽑아낼 수 있을 것 같은 믿음을 심어주었다는 비판도 받는다. 리 크로닌 역시 화학물질 3D 프린터의 가능성에 대해서 지나치게 낙관적인 견해를 피력하였다.

이런 강연들과 함께 실제로 디양한 3D 프린터의 가격들이 점점 저렴해지고, 보급이 확대되면서 3D 프린터가 의학의 미래를 바꿀 것이라는 기대는 점점 커졌다.

그러나, 실상 일반적인 3D 프린터를 접한 사람들은 기대가 컸던 만큼 실망도 컸다고 이야기하는 경우가 많다. 아직은 미래를 이야기하기에 다양성이 무척이나 떨어지는 재료들과 기대에 미치지 못하는 3D 프린터의 성능을 보면서 3D 프린터가 미래의학을 바꿀 것이라는 이야기가 과대평가 됐다고 지적하는 사람들도 늘고 있다.

그렇지만, 최근 들어 정말로 진료에 접목될 수 있는 다양한 3D 프린터에 대한 현실적인 응용 사례들이 발표되기 시작한 점은 3D 프린터에 대한 의학계의 기대가 그렇게 잘못된 것만은 아니라는 것을 보여주고 있다. 제일 먼저 3D 프린터를 실질적으로 응용하기 시작한 곳은 치과이다.

최근 일부 치과에서는 3D 프린터를 이용해서 치아를 제작하고 치료하는 것을 ‘3D 프린터 치료’라고 해서 치과 홍보에도 활용하고 있다. 3D 프린터 치료는 3D 스캐닝을 통해 빠르고 간단하게 보철물이나 치아를 디자인하고 바로 찍어내서 치료하는 것으로, 과거 치아를 깎고 본을 뜬 뒤 보철물을 제작하는 데까지 1주일씩 걸리던 것을 하루에 할 수도 있게 되었다. 이 때문에 앞으로 치기공사의 일이 많이 없어질 것이라고 전망하는 미래학자들도 있다.

또 최근 급속하게 확대되는 3D 프린터 의수 기술도 빼놓을 수 없다. 일부 오픈소스 3D 프린터 의수 모델들이 촉발한 이 변화는 국내에서도 부산에서 수개월 만에 현직 의사들을 포함한 수십 명의 참여자가 오픈소스 방식으로 빠르게 3D 프린터 의수를 만들어 실제 환자들에게 의수를 제작해서 실용화 실험 단계에 들어갔을 정도로 폭발적으로 발전하고 있다. ‘펀무브(FunMove)’라는 비영리단체가 주도하는 이 프로젝트는 기존의 의수가 수천 만대 고가인 데 비해, 3D 프린터로 제작한 의수는 10만원 정도의 원가에 만들 수 있기 때문에 현재 국내에서만 10만 명 이상으로 추산되는 의수가 필요한 장애인들에게 희망을 안겨주고 있다.

해외에서는 골절 환자에게 맞춤형으로 기능적인 부목을 3D 프린팅해서 기존 부목보다 골절이 접합되는 시간이 짧아졌다는 논문이 발표되면서 정형외과 영역에서의 활용도 기대되고 있으며, 다양하게 입는 방식으로 엑소 스켈레톤을 만들어서 환자들의 재활을 돕는 재활의학 분야에서도 3D 프린터는 중요한 미래기술로 인정받기 시작했다.

3D 프린터가 실제 환자들에게 희망이 되고 있다는 이런 뉴스들은 3D 프린터에 대해 지나친 기대를 하게 만들었던 지난 몇 년간의 이야기들보다 훨씬 현실적이면서도 실질적인 변화를 끌어낼 수 있을 듯하다. 보다 많은 환자들이 3D 프린터를 통해 도움을 받게 되는 그런 미래를 꿈꿔 본다.

정지훈 경희사이버대 모바일 융합과 교수

 

출처 : 디지털타임스
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