o 연세대학교 미래캠퍼스 김호담 교수(의공학부)와 미국 조지아공과대학교 여운홍 교수(기계공학)는 국제 공동연구를 통해 머리카락 사이에 삽입 가능한 초소형 뇌파 센서(micro–brain sensor)를 개발하고 이를 활용해 일상 속에서 지속적으로 사용할 수 있는 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 기술을 구현했다. 이번 연구는 그 우수성과 독창성을 인정받아 2025년 4월, 세계적 권위의 학술지 PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences, IF 9.4)에 게재되었으며, 해당 저널은 multidisciplinary science 분야 상위 10%에 속한다.

o 기존의 뇌파 측정 센서는 움직임에 취약하고, 젤 사용이나 센서의 크기 등으로 인해 일상에서 장시간 사용하는 데 한계가 있었다. 이에 비해 이번에 개발된 micro–brain sensor는 1mm 이하의 공간인 머리카락 사이 두피에 삽입 가능한 마이크로니들 구조로 설계되어, 머리카락의 영향을 받지 않고 안정적으로 부착할 수 있다. 또한, 전도성 고분자 기반의 전극 코팅 기술이 적용되어 전극–피부 접촉 저항(임피던스)이 0.03 kΩ·cm² 수준으로 매우 낮기 때문에, 젤이나 별도의 피부 처리 없이도 12시간 이상 안정적으로 뇌파를 측정할 수 있다.

o 이와 함께, 이 센서는 사용자 움직임에 따른 노이즈를 효과적으로 억제할 수 있도록 구조적으로 설계되었으며, 이를 활용해 걷거나 뛰는 상황에서도 알파파와 SSVEP(steady-state visual evoked potential)과 같은 특징적인 뇌파를 안정적으로 획득할 수 있음이 확인되었다.

그림 설명: 머리카락 사이에 삽입 가능한 초소형 뇌파 센서(micro-brain sensor)

o 연구팀은 개발된 센서를 SSVEP 기반 BCI(두뇌-컴퓨터 인터페이스) 시스템에 적용하고, 학습이 필요 없는(train-free) 알고리즘과 결합하여 실시간 적용성을 높였다. 그 결과, 실험 참가자들이 서 있거나 걷거나 뛰는 등 일상적인 움직임을 수행하는 동안에도, 사용자가 어떤 시각적 자극에 집중하고 있는지를 나타내는 신경 신호를 96.4%의 정확도로 안정적으로 기록하고 분류할 수 있음을 입증했다. 또한, 초소형 뇌 센서를 활용한 증강현실 기반 실시간 영상통화 시스템을 구현하여, 참가자들은 손을 사용하지 않고도 자유롭게 움직이며 연락처를 검색하고 AR 영상통화를 수신하거나 종료할 수 있었다.

o 김호담 교수는 “이번 연구는 지속 가능한 BCI를 현실화할 수 있는 핵심 기술을 제시한 것”이라며 “향후 뇌파 기반의 커뮤니케이션뿐 아니라, 생체신호 기반 질병 모니터링, 디지털 치료 기기, 장애인의 보조 인터페이스 등 다양한 응용 분야로 확장될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

(관련 링크: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2419304122 )