의지 (생체공학)
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1. 개요
의지(생체공학)는 신체 일부를 잃은 사람들을 위해 제작되는 인공적인 사지(四肢)를 의미한다. 고대 이집트 시대부터 사용된 기록이 있으며, 전쟁과 기술 발전을 거치면서 다양한 종류와 기능으로 발전해왔다. 현대에는 미용 목적의 장식용 의수, 의족부터 근전의수, 컴퓨터 제어 의족 등 첨단 기술이 적용된 제품까지 등장했다. 의지는 기능적 측면뿐만 아니라 심리적인 측면에서도 삶의 질을 향상시키는 데 기여하며, 사회적 지원과 윤리적 문제와도 관련된다.
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| 의지 (생체공학) | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 분야 | 생체 공학, 재활, 보조기 |
| 관련 용어 | 보철 의수 의족 외골격 로봇 신경 보철 보조기 |
| 역사 | |
| 기원 | 고대 |
| 초기 재료 | 나무, 금속 |
| 종류 | |
| 상지 의지 | 의수 팔꿈치 위 의지 팔꿈치 아래 의지 |
| 하지 의지 | 의족 발목 위 의지 발목 아래 의지 무릎 위 의지 무릎 아래 의지 |
| 기술 | |
| 제어 방식 | 근전도 제어 신경 인터페이스 뇌-컴퓨터 인터페이스 (BCI) |
| 재료 | 탄소 섬유 티타늄 플라스틱 |
| 주요 부품 | 소켓 인공 관절 제어 시스템 전원 (배터리) 센서 |
| 활용 | |
| 주요 목적 | 운동 기능 회복 일상 생활 지원 심리적 안정 |
| 적용 분야 | 스포츠 (패럴림픽 등) 작업 레저 군사 |
| 미래 | |
| 발전 방향 | 생체 모방 기술 신경 통합 인공 지능 연동 사용자 맞춤형 설계 |
| 윤리적 고려 사항 | |
| 주요 논점 | 접근성 및 경제적 부담 개인 정보 보호 기술 남용 가능성 인간 강화 논쟁 |
| 관련 단체 및 연구 | |
| 주요 기관 | 국립 재활원 한국 보조기기 산업 협회 |
| 연구 동향 | 새로운 제어 기술 개발 재료 과학 발전 사용자 인터페이스 개선 |
| 사회적 인식 | |
| 인식 개선 노력 | 장애인 인식 개선 캠페인 기술 발전 홍보 교육 및 훈련 프로그램 제공 |
2. 역사
의지의 역사는 오래되었으며, 기원전부터 사지를 잃은 사람을 위하여 만들어졌다. 
1500년경 유럽에서는 전쟁으로 팔다리를 잃는 일이 많았지만, 의수나 의족을 사용하여 기사나 군인을 계속했던 인물이 다수 있었다. 대표적인 인물로는 철완 괴츠라는 이명을 가진 괴츠 폰 베를리힝엔이 있다. 
19세기 이후, 무연 화약의 발명으로 총탄이 고속화되고 지뢰가 보급되면서 팔다리를 잃는 상이군인이 급증했다. 항공기(비행병)와 같이 탈것을 다루는 병종에서는 전투 중 부상으로 팔다리를 잃어도 의지를 장착하고 전선에 복귀하는 경우가 많았다.
미국의 버트 셰퍼드는 1945년 베를린 공방전에서 격추되어 오른다리를 잃었지만, 독일 항복 후 귀국하여 같은 해 메이저 리그 워싱턴 세너터스의 투수로 복귀했다. 같은 해 외팔의 외야수 피트 그레이는 세인트루이스 브라운즈에서 뛰며 제2차 세계 대전에서 상이군인이 된 많은 사람들에게 용기를 주었다.
현대에는 고무나 실리콘을 써서 실제 육체와 가깝게 만드는 기술이 발전하였다. 
2. 1. 고대
의지의 역사는 오래되었고, 기원전부터 사지를 잃은 사람을 위하여 만들어졌다. 고대 이집트에는 이미 목제 의지가 존재했다. 현존하는 가장 오래된 의지는 기원전 950년에서 710년 사이에 만들어진 여성의 의족이다. 결손 부위를 보충하기 위한 단순한 액세서리가 아닌, 체중을 걸쳐서 이동할 수 있도록 설계되어 있다.[1] 또한, 이탈리아의 카푸아에서는 고대 로마 시대의 나무와 동으로 만들어진 의족이 발굴되었다.
2. 2. 중세 시대
1500년 즈음 유럽에서는 전쟁으로 팔다리를 잃는 일이 많았지만, 의수나 의족을 사용하여 기사나 군인을 계속했던 인물이 다수 있었다. 유럽의 대표적인 인물로는 철완 괴츠라는 이명을 가진 괴츠 폰 베를리힝엔이 있다. 괴츠의 자서전에는 의족을 사용한 기사도 등장하며, 의지를 사용하고 있던 기사는 꽤 많이 있었다고 생각된다.
괴츠가 사용했던 의수는 고도의 장치가 짜넣어져 있어서, 검이나 창을 쥐고서 싸울 수 있었다고 자서전에 기록되어 있다. 실제로 유럽에서 팔다리를 잃은 상이군인에게 괴츠의 이야기는 큰 희망이 되었으며, 괴테의 희극에서도 다루어졌기 때문에, 현재도 사지절단자를 위로하는 데 거론된다.[2]
2. 3. 근대
19세기 이후, 무연화약의 발명으로 총탄이 고속화되고 지뢰가 보급되면서 팔다리를 잃는 상이군인이 급증했다. 항공기(비행병)와 같이 탈것을 다루는 병종에서는 전투 중 부상으로 팔다리를 잃어도 의지를 장착하고 전선에 복귀하는 경우가 많았다.미국의 버트 셰퍼드는 1945년 베를린 공방전에서 격추되어 오른다리를 잃었지만, 독일 항복 후 귀국하여 같은 해 메이저 리그 워싱턴 세너터스의 투수로 복귀했다. 같은 해 외팔의 외야수 피트 그레이는 세인트루이스 브라운즈에서 뛰며 제2차 세계 대전에서 상이군인이 된 많은 사람들에게 용기를 주었다.
2. 4. 현대
; 외장
고무나 실리콘을 써서 실제 육체와 가깝게 만드는 기술이 있다. 노동재해 등으로 잃은 손가락이나, 유방암으로 절제한 유방 대신 인공유방과 같이 결손 부위의 외관 재현을 적극적으로 하는 것을 에피테제 또는 외과교정술이라고 부른다.
; 족부
걷기 위함이 아닌, 달리거나 뛰는 고부하 활동을 목적으로 한 부품이 존재한다. 장착자와 의지장구사의 공동 작업을 통해 완성된 스포츠용 의지(義肢)가 많이 나와 있으며, 패럴림픽과 같은 스포츠 행사에서 흔히 볼 수 있다. 일반인에 육박하는 성적을 가진 선수도 있다.
그 외에 근전의수, 컴퓨터 제어 무릎 커플링, 컴퓨터 제어 족부, 촉각을 전하는 의지(義肢)[3] 등, 다기능·고성능 의지 부품이 등장하기 시작했다. 3D 프린터가 등장함에 따라, 주문 제작 의지(義肢)를 저렴하게 만들 수 있게 되었다.[4]
3. 의지의 기능
의지는 잃어버린 신체 부위를 단순히 대체하는 것뿐만 아니라, 기능적인 역할을 수행하고 장착자의 삶의 질을 향상시키는 데 중요한 역할을 한다. 부품으로서의 기능은 물론, 장착감이나 체중에도 주의가 필요하다. 예를 들어, 결손율이 큰 사지를 보충할 때는 복잡한 부품을 사용하기보다 단순한 구조로 만드는 경우가 있다.[1]
3. 1. 기능적 측면
의족의 경우, 일반적으로 무릎 관절 유무에 따라 활동 수준이 크게 달라진다. 무릎 관절이 남아 있으면 굴신 운동이 가능하여 정강이 아래는 단순한 방망이로 대체할 수 있다. 이 경우, 훈련하기에 따라 달릴 수도 있다.하지만 무릎 관절을 상실한 경우에는 굴신 기능을 하는 무릎 커플링을 의족에 넣어야 하며, 이 무릎 의족이 체중을 받칠 수 없으면 서 있을 수 없다. 그러나 무릎을 굽히지 않으면 걷기 어렵고, 달리는 것은 곤란하다. 이처럼 무릎 기능 유무는 의족에 요구되는 기능이 크게 다르고, 장착자의 삶의 질에 큰 영향을 줄 수 있다. 그래서 무릎 위부터 발을 절단해야 할 때, 절단한 발굽을 수평 방향으로 180도 돌려 무릎 위 넓적다리에 이어 붙여 무릎과 같은 기능을 하게 하는 이식 수술을 한 예도 있다.
의수에는 손 기능을 대신하여 '갈고리 손톱' 같은 것도 있다(피터팬에 나오는 후크 선장의 팔을 떠올리면 된다). 뒷팔 근육으로 조작하여 핀셋처럼 물건을 집을 수 있는 의수나, 더 나아가 근전위 측정과 마이크로컴퓨터를 이용하여 모터 힘으로 실제 손과 같이 쥐었다 폈다 하는 동작이 가능한 근전의수도 개발되어 사용되고 있다.
최근에는 신경에 직접 연결된 전극으로 신경 전위를 측정하여, 훈련하면 자신의 팔처럼 조작할 수 있는 의수도 등장했다. 컴퓨터 제어를 통해 촉각까지 느낄 수 있다고 한다.
3. 2. 장착감 및 체중
의지의 장착감이나 체중에도 주의가 요구된다. 예를 들어, 결손율이 큰 사지를 보충하는 경우에는 다기능화보다는 단순한 구조로 만드는 경우가 있다.[1]의족의 경우에는 일반적으로 무릎관절 유무에 따라 활동 수준에 큰 차이가 나타난다. 무릎관절이 남아 있으면 굴신운동이 가능하므로, 정강이 아래는 단순한 방망이로 대신할 수 있다. 이 경우, 훈련하기에 따라서는 달릴 수도 있게 된다.[1]
4. 의수의 종류 및 구조
의수는 상지(上肢) 절단 후 기능과 외관을 재현하기 위해 장착하는 의지의 일종이다. 병원에서 의사의 처방 및 재활 계획을 바탕으로 의지장구사가 제작하며, 장애인복지법에 따라 대여·지급받을 수 있다. 장착 원인은 산업재해나 교통사고 등 후천적인 외상에 의한 경우가 많다.
의수의 외장은 실리콘 고무 등으로 처리되지만, 기본적으로 단색이므로 실제 피부와 같은 미묘한 변화는 재현하지 못한다. 혈관 무늬나 손가락 특유의 색 변화를 재현하여 실물과 똑같이 만들고 싶다면 추가 비용을 부담해야 한다.
4. 1. 목적별 분류
- 장식용 의수 - 외관 재현을 목적으로 하며, 실리콘 소재를 중심으로 제작된다.
- 능동식 의수 - 하니스(8자 모양의 끈)를 사용하여 신체의 다른 부분을 활용하여 물건을 쥐고 놓는 동작을 재현한다. 나뭇진을 중심으로 제작된다.
- 작업용 의수 - 특정 작업에 특화되어 있으며, 반드시 인체의 형상을 하고 있을 필요는 없다. 팔꿈치 관절보다 먼 쪽의 절단이라면, 손목을 탈착형으로 하여 필요한 도구를 교환할 수 있다.
- 근전의수 - 근육 수축에 사용되는 미약한 신경 전류를 감지하여 물건을 쥐고 놓는 파지 동작을 모터 구동 부품으로 재현한다. 근전의 임의 검출이 불가능한 사람은 쓸 수 없다.
4. 2. 제작 부위별 분류
5. 의족의 종류 및 구조
의족은 하지 절단 후 기능 재현을 목적으로 장착하는 인공 발이다. 병원에서 의사의 처방과 재활 계획을 바탕으로 의지장구사가 제작한다. 의족은 목적에 따라 연습용, 상용, 작업용으로 분류된다.
의족 비용은 건강보험, 장애인복지법에 따라 보장구 또는 산업재해 보상을 받을 수 있다. 전쟁 피해를 입은 개발도상국에서는 지뢰 피해자로 인해 의족 수요가 늘고 있으며, 각국의 의족 제작 회사들이 자원봉사를 지원하고 있다.
5. 1. 구조
소켓 형식은 절단지의 높이와 형상에 따라 결정된다. 신체와의 접합 소재로는 면으로 만들어진 절단부 주머니(두툼한 양말 같은)가 사용되어 왔다. 최근에는 공기의 음압을 이용하는 흡착식이나 실리콘을 활용한 방식이 보급되고 있다.소켓은 단기간의 체형 및 체중 변화, 장기간의 노화에 따른 육체 변화로 인해 부적합해질 수 있다. 특히 절단 직후에는 형상과 둘레가 변화하므로, 훈련용 의지는 단기간에 부적합해지는 것이 일반적이며, 갱생용 의족은 절단지의 안정을 확인한 후 제작한다.
5. 2. 분류
크게 보행 능력을 얻기 위한 '기능적 의족'과 외관을 되찾기 위한 '장식용 의족'으로 나눌 수 있지만, 장식용은 보행 능력이 없기 때문에 조성(助成) 대상이 될 수 없다. 희망자는 자비로 작성하는 경우가 있다.5. 3. 부위별 분류
절단지(切斷肢)가 얼마나 남아 있는지에 따라 의족에 요구되는 성능도 변화한다. 절단부까지의 길이에 따라 사소한 차이가 있지만, 잔존하는 관절을 기준으로 분류할 수 있다.
| 종류 | 설명 |
|---|---|
| 족지 의족 | 발가락을 절단한 환자가 쓰는 의족 |
| 중족 의족 | 발을 절단한 환자가 쓰는 의족 |
| 발목 관절 의족 | 발목 관절에서 절단한 환자가 쓰는 의족 |
| 하퇴 의족 | 정강이를 절단한 환자가 쓰는 의족 |
| 슬관절 의족 | 무릎 관절에서 절단한 환자가 쓰는 의족 |
| 대퇴 의족 | 허벅지를 절단한 환자가 쓰는 의족 |
| 고관절 의족 | 고관절에서 절단한 환자가 쓰는 의족 |
| 골반 의족 | 골반을 제거한 환자가 쓰는 의족 |
족지의족이나 중족의족은 버선꼴을 하고 있는 경우가 많다. 일반적으로 잔존해 있는 부분이 적을수록 보행 능력 획득까지 시간이 오래 걸린다. 특히 무릎 유무에 따르는 영향은 크다.
6. 사회적 지원 및 윤리적 문제
의지(생체공학) 기술은 절단 환자들의 삶의 질을 크게 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있지만, 사회적 지원과 윤리적 문제는 여전히 해결해야 할 과제로 남아있다.
사회적 지원
- 높은 비용: 첨단 의지 기술은 매우 비싸기 때문에 모든 환자들이 접근하기 어렵다. 정부와 민간 보험의 지원 확대가 필요하다.
- 보험 적용 범위: 보험 적용 범위가 제한적이거나, 복잡한 절차로 인해 환자들이 어려움을 겪는 경우가 많다. 보험 적용 기준 완화와 절차 간소화가 필요하다.
- 전문 인력 부족: 의지 제작, 훈련, 유지보수를 담당할 전문 인력이 부족하다. 전문 인력 양성을 위한 교육 프로그램 확대가 필요하다.
- 사회적 인식 개선: 의지에 대한 사회적 인식이 부족하여 환자들이 차별이나 불편을 겪는 경우가 있다. 의지에 대한 긍정적인 인식을 확산시키기 위한 노력이 필요하다.
윤리적 문제
- 접근 불평등: 경제적, 지역적 격차로 인해 의지 기술에 대한 접근 불평등이 심화될 수 있다. 모든 환자들에게 공평한 기회를 제공하기 위한 방안 마련이 필요하다.
- 신체 이미지: 의지가 신체 이미지를 개선하는 데 도움이 될 수 있지만, 반대로 이질감을 느끼거나 거부감을 느끼는 환자들도 있을 수 있다. 개인의 선택과 가치관을 존중해야 한다.
- 기능 향상 논란: 의지 기술이 단순히 잃어버린 기능을 대체하는 것을 넘어, 인간의 능력을 향상시키는 방향으로 발전할 경우, 윤리적 논란이 발생할 수 있다.
- 데이터 보안 및 개인 정보 보호: 의지가 수집하는 생체 데이터의 보안 및 개인 정보 보호 문제가 중요하다. 데이터 유출 및 오용을 방지하기 위한 기술적, 제도적 장치 마련이 필요하다.
의지 기술의 발전과 함께 사회적 지원과 윤리적 문제에 대한 논의가 지속적으로 이루어져야 하며, 모든 절단 환자들이 의지 기술의 혜택을 누릴 수 있도록 노력해야 한다.
참조
[1]
뉴스
エジプトのミイラの足に人工親指、最古の「人工器官」発見 国際ニュース
http://www.afpbb.com[...]
AFPBB News
2011-02-15
[2]
웹인용
義肢の歴史
http://www.hashimoto[...]
橋本義肢製作会社
2015-04-12
[3]
뉴스
Woman receives bionic hand with sense of touch
http://www.bbc.com/n[...]
BBC
[4]
웹인용
3Dプリント人工装具の未来
http://jp.techcrunch[...]
TechCrunch Japan
2016-09-17
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