2018년에 개봉한 영화 <업그레이드>는 인공지능 칩을 통해 초인적 능력을 얻게 된 한 남자의 복수를 그린 액션 스릴러 작품이다. 영화 속 주인공 ‘그레이’는 정체불명의 괴한들에게 습격을 당해 연인을 잃고, 자신은 하반신 마비라는 참혹한 상황에 처하게 된다. 혼자 식사를 하거나 화장실에 가는 것조차 불가능해진 그에게 어느 날, 거대 테크 기업의 기술 개발자인 ‘에론’이 찾아와 솔깃한 제안을 한다. 바로 인공지능 시스템으로 인간의 운동 기능을 관리할 수 있는 ‘스템(STEM)’이라는 칩을 이식받으라는 것. 에론은 이 칩을 통해 그레이가 다시 걸을 수 있을 것이라 말하며, 그의 인생을 바꿀 기회를 내민다.

그레이는 모든 것을 잃은 끝에 결국 에론의 제안을 받아들이고 수술대에 오른다. 연인을 죽이고 자신을 이렇게 만든 괴한들에 대한 복수심, 다시 걷고 싶다는 본능적인 욕망, 그리고 ‘기술이 인간을 도울 수 있다’는 마지막 희망이 그를 설득한 것이다. 그렇게 그의 뇌에는 인공지능 칩 스템이 이식되었고, 그는 다시 온몸을 자유롭게 움직일 수 있게 된다.

그런데 이 모든 이야기는 더 이상 공상과학 속의 상상이 아니다. 인간의 뇌와 컴퓨터를 직접 연결하는 ‘BCI(Brain-Computer Interface)’ 기술이 현실을 향해 빠르게 진화하고 있다. 특히, 이러한 BCI 기술의 기반에는 고성능 반도체 칩이 자리하고 있다. 뇌 신호를 정밀하게 측정하고, 이를 실시간으로 분석·처리하는 데 있어 반도체 기술은 필수적이다. 영화처럼 칩이 인간의 일상을 바꾸는 시대, 우리는 이미 그 출발선에 서 있다.

생각을 신호로, 신호를 행동으로

앞서 언급했듯, BCI, 즉 뇌-컴퓨터 인터페이스는 사람의 뇌와 컴퓨터를 직접 연결하는 기술이다. 그 원리를 간단히 설명하자면 이렇다.

우리가 어떤 생각을 하거나 움직임을 의도할 때, 두뇌에서는 고유의 뇌파가 발생한다. 이 뇌파는 전극이나 센서를 통해 측정할 수 있으며, BCI는 바로 이 신호를 감지하고 해석해 구체적인 명령으로 변환하는 기술이다.

예를 들어, 사용자가 ‘오른손을 움직이고 싶다’고 생각하면, 뇌는 그에 해당하는 신호를 발산한다. BCI 장치는 이러한 뇌 신호를 실시간으로 읽어 디지털 신호로 변환한 뒤, 이를 스마트폰, PC와 같은 외부 기기 또는 마우스, 키보드 등의 입력 장치에 전달한다. 결과적으로, 사용자는 로봇 팔을 움직이거나 생각만으로 스마트폰, PC를 조작할 수 있게 된다.

BCI 기술이 실제로 구현되기 위해서는 세 가지 핵심 과제가 있다. 첫째, 뇌에 안전하게 이식할 수 있을 만큼 장치를 작고 정교하게 만들어야 한다. 특히 침습형 BCI는 뇌에 전극이나 칩을 직접 삽입해야 하므로, 극도로 미세하고 유연한 설계가 요구된다. 실제로 뉴럴링크(Neuralink)와 같은 기업은 머리카락보다 가는 수백 가닥의 전극을 삽입할 수 있는 고정밀 수술 로봇을 개발 중이다. 이런 기술의 발전은 수술 부담은 최소화하고, 안정성을 높이는 데 기여하고 있다.

둘째, 뇌에서 발생하는 신호를 얼마나 정확하게 읽고 해석할 수 있는지가 관건이다. 뇌의 전기 신호는 매우 미세하고 복잡하다. 단순히 ‘움직이고 싶다’는 생각과 ‘멈추고 싶다’는 생각을 구분하는 것조차 고도의 정밀성과 뛰어난 노이즈 제거 기술이 필요하다. 최근에는 AI 기술의 발전 덕분에 뇌 신호 해석 기술이 매우 정교해지고 있다.

셋째, 해석한 명령을 외부 기계나 신체에 얼마나 정확하게 전달할 수 있는지가 중요하다. 아무리 신호를 잘 읽어도 외부 장치가 이를 제대로 수행하지 못하면 실질적인 의미가 없기 때문이다. 로봇 팔, 휠체어, 컴퓨터 커서 등 다양한 장치와 빠르고 안정적으로 연결하는 기술, 그리고 실시간 반응 속도와 오작동 방지 기술이 매우 중요하다.

뉴럴링크의 최신형 BCI 칩 ‘N1’

현재 BCI 기술을 구현하고 있는 대표적인 기업이 바로 일론 머스크의 뉴럴링크다. 2024년, 뉴럴링크는 자사의 뇌-컴퓨터 인터페이스 칩인 ‘N1’을 공개했다. 이 칩은 작고 정밀하며, 인간의 뇌와 기계를 직접 연결하는 침습형 BCI 기술의 최전선에 있다. 머리카락보다 얇은 64개의 전극 실(thread)이 뇌에 삽입되어, 1,000개 이상의 신경 신호 채널을 감지하고 분석할 수 있다.

칩의 크기는 직경 약 23mm로, 동전만 한 크기에 여러 기술이 집약돼 있다. N1 칩은 두피 아래에 삽입되기 때문에 외부로 드러나는 선이나 장치가 없으며, 데이터는 블루투스를 통해 최대 10m 거리 내의 기기와 무선으로 송수신된다.

삽입 과정은 뉴럴링크가 자체 개발한 수술 로봇을 통해 진행된다. 이 로봇은 수십 마이크로미터 굵기의 실 전극을 뇌의 정확한 위치에 자동으로 삽입할 수 있는 것으로 알려졌다.

뉴럴링크는 지난해 사지마비 남성에게 N1 칩을 이식한 사례를 공개했다. 그는 생각만으로 컴퓨터 커서를 움직이고, 이메일을 작성하며, 체스를 둘 수 있게 되었다. 그는 이를 기적이라고 표현하며, “마치 스타워즈의 포스(Force)를 사용하는 것 같다”고 언급하기도 했다.

이 사례는 단순한 기술 시연을 넘어 인간이 뇌를 통해 컴퓨터와 직접 연결되어 실질적인 기능을 수행한 순간으로 평가된다. BCI 기술은 더 이상 공상과학의 영역이 아닌, 신체적 한계를 뛰어넘는 현실적인 도구로 발전하고 있다.

생각만으로 움직인 기계 팔: 브레인 게이트(BrainGate)의 도전

또 다른 BCI 기술 플랫폼을 살펴보자. 2012년, 미국 피츠버그대학 의료센터(UPMC) 연구진은 세상을 놀라게 할 임상 실험 결과를 발표했다.

주인공은 척수소뇌변성증을 앓고 있는 여성이었다. 연구진은 그의 대뇌 운동피질에 ‘유타 어레이(Utah Array)’라는 전극 두 개를 이식했다. 이 전극은 뇌에서 발생하는 미세한 전기 신호를 실시간으로 감지해 기계 팔로 전송함으로써 움직임을 구현했다. 그리고 놀라운 일이 벌어졌다. 손끝 하나 움직이지 못했던 그는 생각만으로 컵을 집고, 물건을 옮기고, 심지어 초콜릿을 들어 입에 넣었다. 그는 당시 인터뷰에서 이렇게 말했다.

“10년 만에 제가 직접 먹은 초콜릿이에요”

브레인게이트(BrainGate)의 연구는 뉴럴링크의 사례와는 또 다른 의미를 지닌다. 뉴럴링크가 키보드나 마우스처럼 ‘화면 안의 세계’를 제어하는 데 초점을 맞췄다면, 브레인게이트는 기계 팔이라는 물리적 장치를 제어했다는 점에서 뚜렷한 차이가 있다. 화면상의 입력을 넘어서 현실 공간에서 물체를 움직인 것이다.

이 연구는 신체를 자유롭게 움직일 수 없는 사람들에게 커다란 희망이 되었다. 머지않아, 우리는 BCI 기술을 통해 생각만으로 기계 팔과 기계 다리를 제어하며 자유롭게 움직이는 세상을 맞이할지도 모른다.

생각과 움직임을 연결하는 ‘디지털 브리지(Digital Bridge)’

영화 <업그레이드>처럼, 실제로 BCI를 통해 다시 걷게 된 남성의 사례도 있다. 자전거 사고로 하반신이 마비된 그는 2021년, 스위스 로잔공과대학 연구팀으로부터 ‘뇌·척수 인터페이스(BSI)’ 센서를 이식받았다. 뇌와 척수 사이의 신경물질 전달 시스템을 무선 연결하는 새로운 ‘디지털 브리지(Digital Bridge)’를 만들어준 것이다.

이렇게 뇌와 척수를 실시간으로 무선 연결해 ‘생각이 곧 움직임’이 되는 시스템이 완성됐다. 그 결과, 그는 스스로 서고, 걷고, 계단을 오르는데 성공했으며, 지속적인 훈련을 통해 BCI 장치를 꺼둔 상태에서도 일부 걷기가 가능해졌다.

연구진은 이를 통해 ‘디지털 브리지’가 단순 보조 기술이 아니라, 신경 회복을 유도하는 치료 기술로도 작용할 수 있다고 설명했다. 뇌에서 척수로, 척수에서 다리로 이어지는 기존 신경 경로가 끊어졌지만, 디지털 신호로 우회 연결해 반복 사용하면서 뇌와 척수 사이에 새로운 신경 회로가 형성되기 시작한 것이다.

BCI가 바꿀 또다른 미래

오늘날의 BCI 기술은 아직 제한적이고 실험적인 의료 목적에 주로 사용되고 있다. 하지만 머지않은 미래, BCI 기술은 더욱 정밀해지고 소형화되며, 사람과 기계의 연결 속도 또한 지금보다 눈에 띄게 향상될 것으로 보인다. 단순히 의지를 전달하는 수준을 넘어, 기계와 인간 사이에 즉각적이고, 양방향적인 정보 교류가 가능한 시대가 우리 앞에 다가올 것이다.

생각만으로 스마트폰을 조작하고, 검색하고, 문서를 쓰는 시대. 외부 기기에 의존하지 않고, ‘의식’만으로 컴퓨터와 연결되는 인간. 그때가 되면, 인간의 사고 속도는 지금보다 훨씬 빨라지고, 뇌와 기술이 하나로 융합되는 새로운 진화의 길이 열리게 될 것이다.

영화 <업그레이드>의 주인공 그레이처럼, 인간은 기술을 통해 다시 한번 자신의 한계를 확장해 나가게 될 것이다. 그리고 그 선택의 순간은, 머지않아 우리 모두에게 다가올지 모른다.

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※ 본 칼럼은 외부 필진의 견해로, 삼성전자 DS부문의 공식 입장과 다를 수 있습니다.

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Behind the CHIP  – Season 2

삼성전자 반도체 뉴스룸의 인기 시리즈 ‘Behind the CHIP’이 두 번째 시리즈로 돌아왔다. 총 10회에 걸쳐 공개되는 ‘Behind the CHIP’ 시즌 2에서는 5명의 IT/테크/지식 전문가들이 칼럼을 통해 반도체 생태계와 기술 트렌드를 깊이 있게 분석한다.

특히 이번 시즌에서는 생물학, 화학, AI, 영화 등 더욱 다채로운 분야의 전문가들이 IT 산업 전반의 변화와 함께 첨단 기술이 우리 삶에 미칠 영향을 다각도로 조명할 예정이다. 5명의 전문가들이 남다른 통찰력으로 소개하는 흥미로운 기술 이야기를 지금 바로 만나보자.

2014년에 개봉한 SF 영화 ‘엣지 오브 투모로우’는 인류와 외계 종족 ‘미믹’ 간의 최후의 전쟁을 그린 작품이다. 톰 크루즈가 연기한 주인공, ‘윌리엄 케이지’는 전투 도중 사망할 때마다 전쟁이 시작되기 직전으로 되돌아가는 특수한 능력을 갖고 있다. 그는 외계 종족과의 전쟁에서 승리하기 위해 ‘죽음, 환생, 전쟁… 또다시 죽음’이라는 잔혹한 무한 루프를 반복하며, 전쟁에서 이기기 위한 노하우를 습득하게 된다. 마치 단 하나의 목숨으로 스테이지를 클리어해야 하는 비디오 게임처럼 말이다.

‘엣지 오브 투모로우’는 ‘외계 종족과의 전쟁’과 ‘타임루프’라는 흥미로운 설정을 통해 대중성과 작품성을 동시에 인정받으며, SF 장르의 매력을 다시금 부각시킨 작품으로 평가받는다. 이 영화에는 SF 마니아들의 상상력을 자극하는 첨단 기술이 등장하는데, 바로 병사의 전투 능력과 신체 능력을 극대화하는 장비,‘엑소슈트(Exosuit)’다.

이번 기사에서는 단순히 상상력에 그치는 것이 아닌 현실 속 기술로 발전하고 있는 엑소슈트에 대해 집중적으로 살펴보고자 한다.

신체 기능 강화 부스터! 엑소수트는 무엇일까?

위 영상에서도 엿볼 수 있는 엑소수트는 ‘엑소스켈레톤(Exoskeleton)’ 또는 ‘웨어러블 로봇(Wearable Robot)’으로도 불린다. 쉽게 탈부착이 가능한 이 장치는 사람의 몸에 착용하는 외골격형 보조장치로, 인간의 신체 기능을 보완하거나 증강하는 역할을 한다. 착용자의 움직임에 동력을 더해 근력을 보조하거나, 특정 부위의 부담을 줄여주는가 하면, 마비된 신체 부위를 대신 움직이도록 설계되기도 한다.

영화 ‘엣지 오브 투모로우’에서는 병사들의 전투 역량 강화를 목적으로 엑소슈트를 대량 생산하고 보급하는 설정이 등장한다. 윌리엄 케이지를 비롯한 병사들은 엑소슈트를 착용한 채 외계 종족과의 전쟁에 투입되는데, 그 성능은 가히 상상을 뛰어넘는다. 달리기, 점프, 대시는 물론, 자동차를 종이 박스 밀듯 가볍게 밀어낼 수 있을 정도로 신체 능력을 극대화해준다. 훈련된 병사라면 주먹과 검술을 활용한 외계 종족과의 근접 전투도 가능하다.

뿐만 아니라, 이 장비는 무거운 무기와 장비를 운반할 수 있도록 설계되어 있다. 소형 화기부터 대형 기관총, 로켓과 유탄 발사기까지 장착 가능한 무기 시스템이 내장되어 있어, 개개인 맞춤형 화력 강화도 가능하다.

이 영화를 본 SF 마니아라면 한 번쯤은 이런 생각을 해봤을 것이다. ‘나도 저 수트, 꼭 한 벌 갖고 싶다!’라는 생각 말이다. 물론 현실에서는 톰 크루즈처럼 죽었다가 다시 살아날 수 있는 능력도 없고, 외계 종족과 싸울 일도 없다. 하지만 매일 같은 시간, 같은 장소로 출근하는 우리의 일상을 되돌아보면, 어쩌면 우리도 나름의 ‘무한 루프’를 살아가고 있는지도 모른다. 그렇다면 이왕 반복되는 인생, 엑소슈트 하나쯤 장착하고 아침 출근길을 정복해 보는 건 어떨까?

그 첫걸음은 우선 슈트를 알아보는 일이다. 지금부터 엑소슈트(a.k.a. 웨어러블 로봇) 기술의 현재와 미래를 함께 살펴보자.

※ 단, 실제로 엑소슈트를 착용하고 출근하면 지하철 개찰구를 통과할 수 없으니, 착용은 마음속으로만!

영화 속 엑소슈트의 현실 가능성

사실 웨어러블 로봇은 이미 출시되었고, 현재도 더욱 정교하고 고도화된 형태로 진화하고 있다. ‘엣지 오브 투모로우’에 등장한 엑소슈트 디자인 또한 실제 군사용 웨어러블 로봇 기술과 연구를 바탕으로 제작된 것으로 알려져 있다.

현재 웨어러블 로봇은 사용 목적에 따라 군사용, 산업용, 의료용으로 크게 구분되며, 각자의 기술적 요구와 사용 환경에 맞게 개발이 진행되고 있다. 지금부터 활발한 연구가 진행되고 있는 분야별 대표 사례를 중심으로 웨어러블 로봇 기술의 현주소와 가능성을 알아보자.

군사용: “아이언맨은 못 돼도 군장 무게는 줄이자”

영화 속 엑소슈트가 가장 닮고 싶은 현실 기술은 단연 군사용 웨어러블 로봇 장비다.

대표적인 군사용 웨어러블 로봇 기술로는 미 항공 우주·방산 기업 록히드마틴(Lockheed Martin)이 개발한 ‘오닉스 엑소스켈레톤(ONYX Exoskeleton)’을 들 수 있다. 이 장비는 전동식 하체 외골격 장치로, 사용자의 근력과 지구력을 향상시켜 부상과 피로를 줄이고, 군인들이 고강도 임무를 수행할 수 있도록 돕는다. 미시간 대학교의 연구에 따르면, 사용자가 약 18kg(40파운드)의 배낭을 착용하고 경사면을 오를 때 더 적은 에너지를 소모한 것으로 나타났다.

또 다른 예로는 DARPA(미국 국방고등연구계획국)에서 개발 중인 ‘워리어 웹(Warrior Web)’ 프로젝트가 있다. 해당 프로젝트는 군인들의 무릎, 허리 등의 관절 부담을 줄이기 위한 경량형 언더슈트 개발을 목표로 하며, 부상의 위험을 최소화하고 기동성을 향상하는 데 초점을 맞추고 있다.  

비록 현재의 군사용 엑소슈트 기술은 영화처럼 멋지고 화려하지는 않지만, 언젠가는 미래 전장의 모습을 바꿔놓을지도 모른다. 무엇보다 중요한 건 시작이 반이라는 사실이다.

산업용: “웨어러블 로봇으로 효율도, 안전도 UP!”

산업 현장에는 물류 작업, 조립 라인, 차량 및 항공 정비 등 사람의 힘만으로는 감당하기 어려운 고강도 작업이 많다. 만약 이러한 환경에서 작업자의 신체에 가해지는 부담은 줄이면서 업무의 효율성을 높일 수 있다면 어떨까? 기업들은 직원들의 안전과 생산성 향상을 위해 앞다퉈 웨어러블 로봇을 도입하려고 할 것이다. 웨어러블 로봇 기술은 말 그대로 ‘폭발적인 경제적 잠재력’을 가진 시장인 것이다.

이러한 가능성을 눈치챈 전 세계 스타트업들은 지금 이 순간에도 산업용 웨어러블 슈트 개발에 박차를 가하고 있다.

독일의 웨어러블 로봇 기업, 저먼 바이오닉(German Bionic)은 산업용 웨어러블 슈트 시장에 뛰어든 기업 중 하나다. 이들이 제작한 엑소슈트 ‘아포지(Apogee)’는 최대 36kg의 하중을 보조할 수 있고, 사용자의 허리와 무릎에 가해지는 부담을 줄여준다. 또한, 아포지(Apogee)는 사용자의 움직임을 실시간으로 분석해 부상 위험이 높은 동작이나 비효율적인 작업 방식을 파악한다.

한편, 현대자동차·기아는 보다 미니멀하고 가벼운 접근을 시도했다. 이들이 개발한 ‘엑스블 숄더(X‑ble Shoulder)’는 무전원 기반의 초경량 어깨용 보조 장비로, 탄소 복합 소재를 사용해 내구성과 경량화를 동시에 만족시켰다. 특히 산업 현장에서 팔을 위로 올려 작업하는 ‘윗보기 작업’시 어깨 부담을 줄여주는 데 효과적이라는 평가를 받고 있다. 실제 현장 테스트 결과에 따르면, 엑스블 숄더를 착용 시 어깨 관절에 가해지는 부하가 최대 60%까지 감소하는 것으로 나타났다.

참고로 글로벌 엑소슈트 시장 규모는 2025년 43.4억 달러에서 2032년 129.5억 달러까지 성장할 것으로 전망된다. 이는 외계 종족과 싸울 일은 없더라도, 허리를 지키는 데는 진심인 지구인들이 많다는 이야기다.

의료용: “기술력으로 증명한 한국형 엑소슈트”

2024년, 스위스에서 ‘사이배슬론(Cybathlon)’ 국제대회가 개최되었다. 이 대회는 로봇 기술을 통해 장애를 극복하자는 취지로 시작된 국제 경기로, 일명 ‘사이보그 올림픽’이라고도 불린다. 이번 대회에서는 한국과학기술원(KAIST)이 개발한 ‘워크온슈트F1(WalkON Suit F1)’이 웨어러블 로봇 부문에서 최종 우승을 차지했다.

대회에 출전한 KAIST 연구팀은 제한 시간 내에 다양한 난이도의 미션을 수행했다. 좁은 기차 좌석 미션부터 짐 옮기기, 자유 보행, 문 통과하기, 주방에서 음식 다루기까지. 모든 미션을 로봇의 힘을 빌려 단 6분 41초 만에 완수했다. 정말 경이로운 순간이 아닐 수 없다.

이러한 성과는 12개의 전동 관절, 인공지능 신경망 구현을 위한 AI 보드, 그리고 초당 1,000회의 로봇 균형을 측정하는 지면 반력 센서 기술이 결합된 결과이다. 특히 이번 대회에서는 사용자가 로봇을 스스로 호출하여 휠체어에서 도킹할 수 있는 기능까지 구현했다.

이쯤 되면 웨어러블 로봇은 더 이상 공상과학이 아니라, 곧 실현될 미래 기술 분야 중 하나라고 해도 과언이 아니다.

웨어러블 로봇이 일상에 들어올 그날까지

물론, 우리가 매일 아침 지하철을 뚫고 출근할 때 입을 ‘톰 크루즈용 엑소슈트’는 아직 없다. 하지만 산업 현장에서 일하는 이들에겐 벌써 현실이 되었고, 군사 분야에서는 실용화에 다가서고 있으며, 의료 분야에서는 기적의 기술이 되어가고 있다.

웨어러블 로봇 시장은 향후 지속적인 성장이 전망되며, 그 중심에 한국의 기술력이 있다는 점은 매우 고무적인 사실이다. 현재는 일상 속에서 경험하기 어려운 기술이지만, 머지않은 미래에는 출근길 필수템이 될지도 모른다. 언젠가는 ‘웨어러블 로봇 룩’이 대중화되어 패션 잡지 화보에 등장할 날이 올지도 모를 일이다.

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※ 본 칼럼은 외부 필진의 견해로, 삼성전자 DS부문의 공식 입장과 다를 수 있습니다.

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