로봇은 O.R.을 넘어섰다. 오늘날, 점점 더 수술이 제우스나 다빈치 시스템처럼 수 백만 달러이며 다수의 팔들을 가진 수술 로봇이 수술용 메스를 대체하는 것처럼 컴퓨터 콘솔 상에서 수행되고 있다. 이 로봇 시스템들은 병원에서 머무르는 시간을 줄이고 에러와 감염과 같은 비율을 감소시키지만 외과의사의 시각 영역과 인체 내부 이동 영역을 증가시킨다. 인체의 비틀어지고 도달하기 어려운 영역들을 비집고 들어갈 수 있는 새로운 플렉서블, 소프트 로봇 장비가 훨씬 더 요구되고 있다.
그러나 수술 로봇들의 진보에도 불구하고, 로봇 팔들보다 인간이 손이 더 잘하는 느낌과 같은 것들이 여전히 존재하고 있다. 지금까지, 어떠한 로봇 장비도 힘을 감지하고 조절하는 능력이 인간의 손과 일치시킬 수 없었다.
존 A. 폴슨 공학과 응용 과학 대학과 생물학적으로 영감된 공학 비스 연구소의 최근 연구는 저가이며 밀리미터 크기 힘 센서들을 제조하기 위한 새로운 방법을 조사하고 있다. 대학원생 조슈아 가포드, 공학과 응용 과학 교수 로버트 J. 우드 박사, 기계 및 바이오의료 공학 조교수 코너 웰시 박사에 의해 진행된 연구결과가 최근 IEEE sensors journal에 게재되었다. 우드 박사와 웰시 박사는 모두 하버드 대학 생물학적으로 영감된 공학 비스 연구소의 핵심 교수 멤버이다.
로봇 수술 장비들을 위한 힘 센서들을 개발하는데 가장 큰 문제는 크기라고 이 논문의 주저자인 가포드가 말했다. 분명한 원인들을 위한 소프트 로봇 수술 시스템들은 작아야 하고 이 시스템의 로봇 손가락 끝에 놓인 센서는 훨씬 더 작아야 한다.
현재 일반적인 제조 기술들은 밀리미터 크기 센서들의 복잡성과 정교함을 제한하고 있지만 조립과 이용의 가격이 매우 증가하고 있다. 이는 최소로 외과적이고 매우 안전한 방법으로 복잡한 수술을 수행할 수 있는 힘 센싱 소프트 수술 장비들의 폭넓은 이용을 막고 있는 장벽이다.
이런 제조 문제를 해결하기 위해, 가포드는 우드 박사 연구실에서 개척한 제조 기술인 팝-업 (pop-up) 제조를 응용했다. 종이접기와 팝-업 책에 의해 영감된 이 기술은 완벽한 전기기계 소자들로 튀어올리기 위해 레이저 절삭 물질들을 얇고 평탄한 판으로 층을 만들어 복잡한 마이크로기계들을 제조하고 있다. 이 제작 접근법은 제작 비용을 매우 낮추도록 소자들이 스스로 만들 수 있게 하여 조립 공정에서 인간의 비중을 줄 일 수 있다.
센서는 함께 겹쳐지고 자기 조립을 촉진하기 위해 플렉서블 폴리이미드 층으로 라미네이트된 레이저 가공된 스테인리스 스틸과 전기 접촉을 제공하기 위한 구리의 4 층으로 구성된다. 초음파 세척기 내에서 흔들릴 때, 이 2D 구조는 연결된 스프링으로 상장형 3D 센서로 튀어오른다. 2.7mm의 풋프린트로 센서들은 8.6 mm 내시경의 작업 부분을 통해 지나갈 만큼 충분히 작다.
센서는 밀리뉴턴 수준의 힘을 감지하기 위해 광세기 변조(LIM)라고 불리는 원리를 이용한다. LIM은 탄성 물질과 함께 광 발생기와 광 감지기를 연결하여 작동한다. 힘이 인가될 때, 탄성 물질은 변형되어 발생기와 감지기 사이의 거리를 더 가깝게 한다. 감지기에 의해 감지된 조사 변화는 인가된 힘으로 변환될 수 있다.
이 연구에서 다음 단계는 이 센서를 향후 터치 센서와 함께 플렉서블 수술 로봇에 제공하도록 훨씬 더 작고 더 견고하게 만드는 것이라고 가포드가 전했다. 이 제조 기술은 수술 로봇 영역에서 혁신을 일으킬 것이며 이는 플렉서블 수술 장비의 팁에 장착될 수 있는 센서와 내시경의 새로운 가능성을 열 것이라고 웰시 박사가 말했다.
우드 박사는 센서와 엑추에이터를 포함한 밀리미터 크기 수술 장비를 빠르고 값싸게 만드는 능력은 복강경 감사법과 내시경 감사법에서 수많은 응용들을 찾을 수 있을 것이라고 말했다.
출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』
