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뇌-기계 인터페이스(BMI) 연구 동향 및 전망

선정 사유

고령화 사회에 대비한 필요 의료기술로 건강하고 생산적인 노년 생활을 위한 필수 분야로서 차세대 뇌-기계(BMI) 인터페이스 기술이 주목을 받고 있음

미래부는 ‘BT분야 투자전략’ 5대 분야의 하나 중 뇌연구를 선정. 뇌-기계 인터페이스기술(BMI)은 뇌연구의 한 분야인 뇌기능 모방·활용*과 관련이 되며, 국가차원의 전략적 투자 및 육성전략이 마련되고 있음

* 뇌기능 모방·활용 : BMI, BCI, 인공 와우(귀), 인공 눈, 입는 컴퓨터, 인공 두뇌, 인간형 로봇, 장애 재활장치 등 뇌모사 기기 등 포함

※ 보도자료 : 바이오 기반 창조경제 실현을 위한 미래부 BT분야 투자전략, ‘13.11.7.

※ 출처 : UI의 미래 뇌-컴퓨터 인터페이스(2013, 삼성경제연구소), BCI 기술동향 (2011, 한국콘텐츠진흥원), 뇌 컴퓨터 인터페이스 기술 개발 및 동향, (2011, 한국전자통신연구원)

개요

■ 개념

인간의 뇌를 기계와 연결하여 뇌신경신호를 실시간 해석해 활용하거나, 외부 정보를 입력하고 변조시켜 인간 능력을 증진시키는 융합기술

○ 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 기술이라고도 하며, 뇌와 기계(주로 컴퓨터) 사이에 정보 교환이 일어나게 하는 융합 기술 

 - 뇌-기계 인터페이스(BMI)는 실질적으로 사용되고 있는 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 기술과 같은 맥락으로 활용되고 있는 넓은 의미의 기술임

   ※ 뇌-기계인터페이스(BMI: Brain-Machine Interface), 뇌-컴퓨터인터페이스 (BCI: Brain-Computer Interface)

뇌-기계 인터페이스(BMI)는 차세대 유비쿼터스 기술의 핵심 요소일 뿐 아니라 U헬스케어 산업 등 생체신호의 측정과 분석이 요구되는 다양한 산업의 원천기술로 상당한 부가가치를 창출할 수 있는 방법으로 대두되고 있음

또한, 뇌-기계인터페이스 기술 관련 분야는 세계경제포럼(‘14) 및 KISTI의 미래유망기술 10선 선정(‘12), 국가과학기술위원회에서 미래 유망기술(‘12)로 언급

 ○ 세계경제포럼 : 가까운 미래에 전 세계적으로 사회, 경제, 환경측면에서 중대한 영향을 미칠 수 있는 기술로 선정 

 ○ KISTI : 국가적으로 시급하게 해결해야 할 분야 중 하나로 선정

 ○ 국가과학기술위원회 : 현재 등장하고 있는 신기술로 가까운 미래에 높은 수준의 파급효과가 예상되는 기술로 선정

< 뇌-기계 인터페이스 관련 미래 유망기술 > 

향후 뇌-기계인터페이스 기술이 다양한 분야에서 제공할 효용 및 파급 효과를 주목할 필요가 있음

 ○ 신체동작 또는 음성 활용이 불가능한 사용자가 의지대로 동작을 할 수 있게 함으로써 삶의 질을 향상

주요 내용

■ 활용·연구 분야

뇌-기계인터페이스 기술을 활용할 수 있는 분야는 기능성 게임, ADHD 등의 정신질환 치료 이외에도 마케팅, 헬스케어, 교육 등 다양하게 활용

○ BMI 기술은 개발 초기 ADHD 아동이나 중증 신체 장애인의 컨트롤 등 주로 의료적인 목적으로 많이 활용됨

 - 특히 뇌 안에 장착해서 시각을 얻게 하는 연구나, 칩을 삽입해서 인공 손을 제어 하는 연구들은 의료적 목적이나 첨단 연구 측면에서 이루어져 왔음

 ○ 그러나 이제 침투형 BCI가 아닌 머리에 장착한 간편한 기기를 통해, 일반인들이 흥미롭게 사용할 수 있는 날이 멀지 않았다는 연구결과들이 나타나고 있음

 ○ 중풍재활을 위한 뉴로피드백, 주의결핍증의 치료, 운전자의 졸음 탐지, 전기생리학적으로 상호작용하는 컴퓨터 시스템이나 게임 장치 등에 활용

 ○ BCI 연구와 기술발달이 가속화된다면 미래에는 터치스크린, 증강현실 등을 잇는 차세대 인터페이스로 활용될 것으로 기대

<주요 활동 분야>

■ 핵심 기술

① 뇌 운동영역의 신경신호를 감지 해석하여 실시간 기계제어 명령으로 변환하는 기술, ② 뇌영역에 생체 내·외 정보를 입력시키는 기술, ③ 뉴로피드백 기술로 구분

※ 출처 : 2011 기술영향평가, 국가과학기술위원회, KISTEP

* 뉴로피드백 : 뇌파의 측정·분석을 통해 자신의 뇌 활동 상태를 파악하여, 실시간 나타나는 뇌파성향이 건강한 패턴을 가지도록 스스로 조절하게 하는 훈련 기술

국외 연구 동향

■ 연구동향

 ○ 미국 : 국립연구소인 DARPA(고등국방연구소)와 NASA(항공우주국)를 중심으로 대형 프로젝트가 수행되고 있음

 ○ EU : 영국 등 유럽 선진국에서는 BCI 기술을 이용한 감성 조작 휠체어뿐만 아니라 뇌손상 환자들에게 사용되는 치료 프로그램의 개발도 활발하게 진행

 ○ 일본 : 총무성 산하 정보통신연구기구와 오사카대학, 국제전기통신기초기술연구소(ATR) 등의 인력을 투입해 뇌파로 움직이는 로봇을 개발 진행 중

■ 시장 규모

뇌 관련 시장조사업체인 미국의 SharpBrain이 분석한 자료에 따르면, 뉴로피드백을 활용한 뇌 건강(Brain Fitness) 시장이 2015년에는 10억에서 50억 달러 사이의 규모를 형성할 것으로 전망

 ○ BCI 제품에는 뇌파를 측정할 수 있는 뇌파 센서가 반드시 필요. BCI의 기술이 발전하면서 뇌파센서의 시장도 자연스럽게 확장되는 추세임

* 2013년 기준 53만 달러 ⇨ 2018년 1,089만 달러로 출하 금액이 성장할 것으로 전망

BCI 기술 활용분야

BCI 기술의 응용 분야는 계속 확장되고 있지만, 현재에는 신체기능 보조·대체, 편의성 제고, 엔터테인먼트, 정보·지식 전달 교류 등으로 구분해 볼 수 있음

① 신체기능 보조·대체 : 의료, 재활, 헬스

 - 케어사지를 사용할 수 없게 된 환자에게 일상생활을 가능케 하며, 재활에 도움을 줄 수 있는 의료 재활의 미래 연구 분야

 - 뇌파제어기술을 활용해 휠체어나 로봇팔을 조종하는 연구가 진행 중

② 편의성 제고 : IT 기기, 자전거, 자동차

 - 운동중이거나 다른 일을 수행하는 중에 IT 기기나 차량을 제어해야 하는 경우 BCI가 편의를 제고할 수 있어 실용화가 기대되는 분야

 - 스마트폰 등 IT기기에서는 최근 뇌파로 조작하거나 앱을 구동하는 기술을 개발 중

 - 자전거나 자동차 운전자의 의도를 파악해 기기 속도, 상태, 방향전환 등을 제어하는 기술 개발이 진행

③ 엔터테인먼트 : 게임, 영화게임은 안전성 문제가 비교적 적기 때문에 BCI의 실용화가 앞선 분야임

* 게임 개발업체들이 미 뉴로스카이 등의 뇌파인식 헤드셋을 게임 캐릭터 조종에 활용

 - 영화분야에서는 감상하는 사람의 의지에 따라 이야기의 흐름이 바뀌는 콘텐츠도 개발

④ 정보/지식 전달 교류 : 국방, 훈련, 교육

 - 생각이나 의도를 다른 사람의 뇌로 전달하는 뇌-뇌 인터페이스는 BCI 기술이 지향하는 차세대 분야

 - 최근 명령이나 운동신호를 다른 사람의 뇌로 전달하는 연구가 진행

국내·외 정책 동향

1) 국외 동향

선진국 정부는 뇌질환 치료, 혁신기술 개발 등을 위해 뇌과학 투자를 가속화

 - 미국은 국립보건원 산하의 16개 연구기관이 결성한 뇌연구 연합체 「Blueprint for neuroscience research」를 중심으로 연구 추진

 - 오바마 대통령은 뇌지도를 작성하는 ‘브레인 프로젝트’를 차세대 과제로 선정(‘13)

   ※ ‘13년부터 10년간 30억 달러 투입

 - EU는 2013년, 유럽 전역의 86개 연구기관이 참여해 뇌과학을 공동으로 연구하는 ‘휴먼 브레인 프로젝트’를 시작(향후 10년간 12억 유로 투자)

 - 일본은 과학기술청(STA) 주도하에 20년간(1997~2016년) 2조 엔을 투입하는 뇌과학 프로젝트(Brain Science Project)를 추진 중

2) 국내 동향

미래창조과학부의 「제2차 뇌연구촉진 2단계 기본계획(‘13~‘17)」에 따라 뇌-기계인터페이스는 뇌공학 분야와 관련하여 미래 유망 선도 제품/업체의 육성에 주력을 다하고 있음

 - 또한 ‘BT분야 투자전략’ 5대 분야중 하나로 뇌연구 선정. 뇌-기계인터페이스 기술은 뇌기능·모방·활용과 관련이 되어 투자가 이루어지고 있음

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