인간의 두뇌에서 발생하는 신경 신호를 실시간으로 포착해 외골격 로봇의 구동 원동력으로 삼고, 로봇의 인공 피부가 감지한 정밀한 물리적 자극을 다시 인간의 대뇌피질로 역전송하는 혁신적인 인터페이스 기술이 국내 연구진 주도로 본격적인 개발 궤도에 올랐다.

인간 신경망과 로봇 피부의 결합, 일상 재활의 패러다임 바꾼다

KAIST(이광형 총장)의 기계공학과 공경철·김정 교수 연구팀은 국내 웨어러블 로봇 전문 기업인 ㈜엔젤로보틱스와 컨소시엄을 구성하고, 범부처 첨단 의료기기 연구개발사업의 핵심 플래그십 과제인 세계 최초 양방향 ‘Brain-to-Robot(뇌-로봇 인터페이스)’ 시스템 구축에 전격 착수했다고 공식 발표했다. 해당 메가 프로젝트의 총연구 개발 기간은 2026년 4월부터 오는 2032년 12월까지 장기 과제로 수행된다.

기존의 글로벌 바이오 테크 시장을 리드하던 미국 뉴럴링크(Neuralink)나 싱크론(Synchron) 등의 기업들이 선보인 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 기술은 주로 뇌파를 분석해 모니터 상의 커서를 이동시키거나 디지털 기기를 간접 제어하는 1차원적 임상 단계에 머물러 있었다. 이러한 방식은 뇌 신호가 도달해야 하는 구체적인 물리적 제어 대상이 모호하거나, 로봇이 외부 환경과 접촉할 때 발생하는 역학적 피드백을 인간의 신경계로 다시 되돌려주는 양방향 소통 구조를 완벽히 구현하지 못했다는 한계를 지녔다.

반면, 이번 KAIST 연구팀이 제시한 ‘Brain-to-Robot’ 플랫폼은 외골격 로봇 자체를 뇌 신호의 직접적인 엔드포인트(Endpoint)로 설정한다. 사용자가 움직이고자 하는 행동 의도를 대뇌 피질 신호로부터 실시간으로 해독(Decoding)하여 로봇을 즉각 구동하는 동시에, 로봇 발바닥이 지면을 디딜 때 발생하는 지면반력, 각 관절에 가해지는 회전력(토크), 그리고 외부 물체와 접촉 시 느껴지는 미세한 촉각 정보를 인간의 뇌로 정확히 역코딩(Encoding)하여 전달하는 완전한 수평적 폐루프(Closed-loop) 생태계 조성을 지향한다. 로봇 제어와 감각 피드백을 결합한 완전 양방향 시스템의 통합 구현은 전 세계적으로도 유례가 없는 첫 시도다.

SF 영화 속 기술의 현실화, 사지마비 장애인에게 ‘걷는 기쁨과 손끝 감각’ 동시에 선사

이번 대형 프로젝트에서 KAIST 연구진은 원천 기술의 고도화를 진두지휘한다. 웨어러블 로봇 공학의 세계적 권위자인 공경철 교수 연구팀은 인공지능(AI) 기반의 인간 동작 의도 해석 알고리즘을 고도화하고, 로봇이 수집한 역학 데이터를 뇌 신호 처리 반도체(Brain Chip)로 지연 없이 송신하기 위한 체성감각 인터페이스 하드웨어 설계를 주도한다. 아울러 로봇 피부 분야의 석학인 김정 교수 연구팀은 인간 고유의 촉각 메커니즘을 대체할 수 있는 고정밀 로봇 피부 및 AI 기반 체성감각 디코딩 원천 기술 개발을 전담하게 된다.

수백 개 채널에 이르는 방대한 대뇌피질 신경 신호를 나노초(ns) 단위의 초저지연으로 연산·처리하고, 신호의 왜곡 없이 인간과 로봇 간의 실시간 순환 제어 구조를 안정적으로 유지하는 것이 이번 연구의 핵심 과제다. 연구팀은 데이터의 변환 안정성을 극대화하는 알고리즘 최적화에 집중할 방침이다.

해당 플래그십 과제의 최종 사업화 및 전주기 상용화 단계는 코스닥 상장사인 엔젤로보틱스(KOSDAQ: 455900)가 전담하여 이끈다. 연구팀은 단순한 학술적 성과에 그치지 않고 대한민국 식품의약품안전처(식약처)의 엄격한 인허가 프로세스 획득을 시작으로 실제 의료 및 재활 현장에 보급하는 비즈니스 모델까지 유기적으로 완성하겠다는 전략을 수립했다.

인간과 로봇의 신경망을 하나로 연결하는 거대한 문명적 도전

공경철 KAIST 기계공학과 교수는 “본 기술 개발이 성공적으로 완료되면 하반신 마비나 사지마비 등 중증 운동 기능 장애를 겪는 환자들이 의료 기관의 제한된 환경을 벗어나, 실제 일상 영역에서 스스로 보행하고 외력을 제어하며 손끝의 섬세한 촉각까지 고스란히 느낄 수 있는 완전히 새로운 차원의 재활 패러다임이 정립될 것”이라며 강한 자신감을 피력했다.

이와 함께 KAIST 내부에서는 뇌 인터페이스 분야의 시너지를 극대화하기 위한 학제간 융합 연구가 활발히 전개 중이다. 기계공학과 박형순 교수팀의 뇌신경계 의도인식 기반 재활 로봇 연구를 필두로, 전산학부 조성호 교수팀의 AI 기반 뇌신호 해석 기술, 뇌인지과학과 이지훈 교수팀의 초저전력 바이오·뉴럴 인터페이스 반도체 회로 및 무선 신경 신호 계측 기술이 유기적으로 맞물려 있다. 전기및전자공학부 이현주 교수팀의 고해상도 초소형 멀티모달 신경 전극 기술, AI시스템학과 제민규 교수팀의 차세대 신경 인터페이스 반도체 집적회로(IC) 기술, 그리고 전기및전자공학부 정재웅 교수팀의 고정밀 뉴로엔지니어링 기반 신경 자극 기술 등 카이스트 고유의 원천 기술 자산이 이번 플래그십 과제의 거대한 기술적 자양분이 될 전망이다.

이광형 KAIST 총장은 “이번 과제는 미래 바이오·로봇 공학의 패러다임을 바꿀 세계 최고 난도의 융합 연구”라고 정의하며, “KAIST가 보유한 뇌과학, 인공지능, 반도체, 로봇 공학 인프라를 총집결하여 글로벌 기술 혁신을 선도하겠다”고 선언했다.

KAIST와 엔젤로보틱스가 협력하는 이번 대형 플래그십 과제는 단순한 기계적 보조 장치를 넘어 인간과 로봇의 신경망을 하나로 연결하는 거대한 문명적 도전이다. 안전성 검증 및 식약처 인허가 등 상용화 전주기를 아우르는 치밀한 연구 설계를 통해 차세대 인공지능 바이오 로보틱스 시장에서 대한민국의 기술적 영토를 크게 확장할 것으로 확신한다.