[산업통상자원부]3D 프린터로 인공 눈(bionic eye)기술 개발 “망막은 눈의 기능을 결정하는 핵심 부위”

판즈융 홍콩과학기술대 교수 연구팀은 사람의 눈보다 10배 많은 광수용체를 담을 수 있는 인공 눈을 개발했다고 국제학술지 네이처에 21일 공개되었습니다.

과학자들의 눈의 구조를 모방해 인공 눈을 개발하려는 시도가 결실을 보려고 합니다. 로봇이나 각종 과학 장비의 눈으로 활용하거나 시각장애인에게 시각을 되찾아줄 수 있다는 기대가 멀지 않았습니다. 지금까지 망막의 복잡한 구조로 인하여 개발이 쉽지 않았습니다.

 

판즈융 홍콩과학기술대 교수 연구팀의 기상증착법
기술을 이용해 그동안 모방하기 어려웠던 망막의 형태와 구조를 실제와 비슷하게 제작했습니다.
기상증착법이란 원하는 물질이 든 재료를 반응기 안에 넣어 분해시킨 다음 화학 반응을 통해 원하는 형태를 만드는 기술

광수용체를 만들 소재로 차세대 태양전지에 활용되는 신소재인 페로브스카이트를 사용했습니다.
페로브스카이트는 독특한 결정 구조를 가진 반도체 물질을 통틀어 부르는 말이며, 빛을 전기로 바꾸거나 반대로 전기를 빛으로 바꾸는 특성이 있습니다. 색 재현성이 뛰어나 빛을 선명하게 인식하고 제조 공정도 간단합니다.

 

망막은 눈의 기능을 결정하는 핵심

• 둥그런 돔 형태의 망막은 빛을 모아 초점을 맞추는 역할
• 망막 속 광수용체는 빛을 감지해 전기적 신호로 바꿔 신경을 통해 뇌로 전달하는 역할
• 망막은 안구 벽의 가장 안쪽에 돔 형태의 얇고 투명한 막으로 약한 빛을 감지하는 감각세포인 광수용체 들어있음
• 망막 1cm²에 들어있는 광수용체만 약 1000만 개

이번 인공 눈은 지름 2cm로 속이 전기가 통하는 전도성 액체로 채워져 있습니다. 실제 사람 눈과 크기가 비슷하지만 빛을 감지하는 속도가 더 빠르다고 합니다. 인공 눈은 30∼40밀리초(1밀리초는 1000분의 1초) 만에 빛을 감지하는 반면 사람 눈은 40∼150밀리초가 소요되며, 최대 5배가량 빠른셈 입니다.

이번 연구팀이 만든 인공 망막은 1nm(나노미터·1nm는 10억분의 1m) 수준의 페로브스카이트 나노선 3개로 구성되며, 나노선 하나는 광수용체 하나의 역할을 합니다. 연구팀은 “인공 눈은 나노선 3개만으로도 가로세로 2mm짜리의 알파벳 ‘E’와 ‘I’, ‘J’를 인지했다”며 “이 기술을 적용하면 사람이 가진 광수용체 수보다 10배가 더 많은 나노선 광수용체를 넣을 수 있다”고 밝혔습니다.

현재까지 문제로는 개발된 인공 눈은 외부 전원이 필요했습니다. 연구팀은 자급자족 방식으로 소형 태양전지를 활용해 나노선에 전기를 공급하는 기술도 개발하고 있다고 합니다.

미국 미네소타대 연구팀이 3D 프린터로 ‘광 수용체’를 쌓아올려 반구 모양의 ‘인공 눈’을 제작했습니다. 연구팀의 성과는 미래에 시각 장애인에게 시력을 제공하거나 비장애인에게 더 높은 시력을 제공할 수 있는 ‘생체공학 안구’를 만드는 기반 기술이 될 것으로 보입니다.