대장내시경로봇‧캡슐내시경 등 개발…세계 최다 특허 출원
"세계적인 마이크로의료로봇 산업 컴플렉스 구축 목표"
'산학 협력 강점'…국내 첫 독일 프라운호퍼형 연구소로 설립
인력 양성‧연구개발‧기업 산학연계 및 지원 등 전주기 포괄
‘마이크로의료로봇 개발지원센터' 구축 사업 수행기관 역할
마이크로‧나노 의료로봇부터 서비스 로봇까지 연구분야 다양
세계 최고 수준의 마이크로의료로봇연구원으로 만들겠습니다.
- 박종오 한국마이크로의료로봇연구원장 -
“한국마이크로의료로봇연구원이 광주에 있는 이유요? 제가 있기 때문이겠죠.”
광주광역시에 소재한 한국마이크로의료로봇연구원(KIMIRo). 연구원이 서울‧수도권이 아닌 광주에 둥지를 틀게 된 특별한 이유가 있냐는 질문에 박종오 원장은 이같이 답했다. 마이크로의료로봇에 남다른 열정을 가진 그가 전남대 기계과 교수로 광주에 내려와 오랜 기간 정신없이 연구를 하다보니 그를 중심으로 자연스럽게 국내 최초 마이크로의료로봇 연구 허브가 탄생하게 된 것.
마이크로의료로봇의 선두 주자로 불리는 박 원장은 "서울 소재 정부출연연구기관에 있다가 2005년 전남대 기계과에 와서 처음부터 하나하나 시작해 키워나가면서 여기까지 오게 됐다"고 말했다. 그는 "우리나라에서 서울을 제외하면 전부 여건이 열악한 편이고, 광주도 마찬가지였다"고 회상했다. 그러면서도 "다른 곳에 눈을 돌리지 않고 오로지 마이크로의료로봇 연구에만 집중해왔기 때문에 사업 성공률은 매우 높은 편이다"고 자신감을 내비쳤다.
특히 박 원장은 광주가 의료분야에서 큰 강점을 가지고 있다고 말한다. 그는 "광주‧전남지역의 의료 전문 인력들이 매우 우수하다"며 "화순전남대학교병원을 비롯해 광주‧전남지역에 경쟁력 높은 병원들이 많다"고 전했다. 박 원장은 "공학자만으로는 한계가 있다"며 "항상 의료진과 함께 협업해야 한다"고 강조했다. 마이크로의료로봇 기기의 주요 고객인 의사들을 만족시킬 수 없다면 의미가 없기 때문이다. 이러한 점에서 수준 높은 의료진이 포진해 있는 광주는 그의 연구 수행에 큰 도움이 되고 있다는 이야기다.
마이크로의료로봇 분야에서 국내 최고를 넘어 세계 최고가 되겠다는 박종오 한국마이크로의료로봇연구원장. 이를 위해 공학자로서의 본분에 충실하면서도 다른 다양한 분야와의 협력을 더욱 강화해나가겠다는 포부다.
◆ '한국마이크로의료로봇연구원', 그곳이 궁금하다
지난 2019년 초 독립연구재단으로 출범한 한국마이크로의료로봇연구원은 국내에서는 처음으로 설립된 독일 프라운호퍼형 연구소다. 독일에서 박사과정을 하면서 프라운호퍼연구소 연구원으로 일했던 박종오 원장은 한국마이크로의료로봇연구원을 설립하는 데 프라운호퍼연구소로부터 많은 영감을 얻었다고 말한다. 그는 "독일 프라운호퍼연구재단은 세계적으로 산학협력 연구기관의 대표적인 성공 사례로 꼽힌다"며 "프라운호퍼연구소를 벤치마킹했다"고 전했다.
우리 기관명에 ‘마이크로의료로봇’이라고 명시돼 있듯이, 로봇 가운데 의료로봇, 그리고 의료로봇 가운데 마이크로의료로봇에 매우 특화된 연구기관이다. 마이크로의료로봇 분야에서 인력을 양성하고, 연구개발을 하고, 기술이전을 통해 기업과 산학 협력하는 전주기를 포괄하는 곳이다.
한국과학기술연구원(KIST)을 거쳐 전남대 기계과 교수로 재직하면서 로봇연구소 소장을 맡아 연구에 매진해왔다. 이후 산자부의 지원을 받아 마이크로의료로봇센터를 만들고 2019년에 한국마이크로의료로봇연구원을 설립하게 됐다. 학교 안에서만 마이크로의료로봇 연구를 수행하기에는 아무래도 한계가 있었다. 내 목표는 항상 매우 높다. 세계 최고 수준의 마이크로의료로봇 연구를 하겠다는 게 나의 일관된 목표다. 내가 가는 모든 일련의 여정이 이 목표에 맞춰져 있다. 그렇기 때문에 전남대에서 벗어나 좀 더 영역을 확장하고자 재단법인을 만든 것이다.
이 과정에서 전남대 로봇연구소 팀을 전부 한국마이크로의료로봇연구원과 겸직토록 구조를 만들었다. 전남대 로봇연구소와 한국마이크로의료로봇연구원 조직을 일체화시킨 셈이다. 현재 우리 연구원은 대학교 내 연구소 개념을 뛰어넘어 마이크로의료로봇 분야의 전문인력을 육성하고 연구개발을 수행하고 기업을 육성‧연계‧지원하는 역할을 하고 있다.
한국마이크로의료로봇연구원은 4층 규모의 본관과 별관 2층으로 구성돼 있다. 본관에는 마이크로나노로봇 연구개발실과 공동장비활용실, R&D 지원실, 그리고 입주기업 공간이 마련돼 있다. 아울러 세미나실, 기업지원실, 대강당, 홍보관 등도 갖추고 있다. 또 별관은 클린룸 설비와 동물실험실, 바이오메디칼 연구개발실, 나노바이오소재 연구개발실 등 최적의 연구 환경으로 조성됐다.
특히 지난해 5월 광주시가 보건복지부 주관 ‘마이크로의료로봇 개발지원센터 구축’ 사업에 선정되면서, 한국마이크로의료로봇연구원이 향후 사업 수행기관으로 핵심적인 역할을 맡게 됐다. 마이크로의료로봇 개발지원센터 구축은 오는 2024년까지 국비 182억원을 포함한 총 309억원의 사업비가 투입되는 대형 사업이다.
광주 북구 첨단산업단지에 8,800㎡ 규모로 들어서는 마이크로의료로봇 개발지원센터는 마이크로의료로봇과 융복합의료기기의 제품화를 지원할 예정이다. 구체적으로 마이크로의료로봇 임상용 ‘의료기기 제조 품질관리(GMP)’ 기준에 적합한 시제품 생산 시설‧장비 구축을 비롯해, 개발된 기술의 안정성과 의료적 효능 검증을 위한 동물 활용 성능평가 시설‧장비를 구축하고, 기업 입주 및 공동활용 네트워크 공간을 설치해 관련 기업을 육성‧지원한다. 이를 통해 세계 최초로 마이크로의료로봇의 연구개발부터 상용화까지 전주기를 원스톱 지원할 수 있는 체계를 완성하게 되는 셈이다.
박 원장은 앞으로 구축될 마이크로의료로봇 개발지원센터에 대한 기대감을 드러냈다. 그는 "연구기술 특허를 기반으로 관련 기업들이 입주해 직접 기업들에게 필요한 마이크로로봇 시제품 생산까지 이뤄지게 될 것"이라며 "인력 양성부터 R&D, 산학연계까지 아우르는 개념"이라고 설명했다. 그는 이를 '마이크로의료로봇 에코컴플렉스'라고 명명하면서 "마이크로의료로봇 인프라 측면에서 가장 우수하다"고 자부했다.
◆ 마이크로의료로봇 기술 어디까지 왔나
한국마이크로의료로봇연구원의 연구개발 분야는 마이크로‧나노 의료로봇은 물론 인공지능(AI)과 가상현실(VR)‧증강현실(AR)이 사용된 수술 로봇, 서비스 로봇 등 다양하다. 2000년대 초 박종오 원장이 당시 KIST에서 이끌었던 21세기 프론티어 연구개발 프로그램 가운데 하나인 '지능형 마이크로시스템 프로그램'은 마이크로의료로봇 발전에 있어 큰 획을 그었다는 평가다. 세계 최초로 개발해 사업화까지 성공한 '대장내시경로봇'과 세계 두 번째로 개발한 '캡슐내시경'이 그 대표적인 예다.
이처럼 박종오 원장은 글로벌 마이크로의료로봇산업을 주도할 수 있는 혁신적인 기술 개발에 박차를 가하며 괄목할만한 성과를 내고 있다. 덕분에 세계 최초의 혈관마이크로로봇과 세계 최초 박테리오 로봇, 세계 최초 대식세포 기반 마이크로로봇, 세계 최초 줄기세포 기반 마이크로로봇 등 '세계 최초'라는 수식어가 붙는 다수의 기술 개발에 성공하면서 마이크로의료로봇 분야에서 세계 최다 특허 출원을 기록하는 쾌거를 이루기도 했다.
박 원장은 "2016년과 2018년에 정부 산하 기관인 한국특허전략개발원이 통계를 냈는데, 마이크로의료로봇 분야에서 우리 연구원이 세계 최다 특허 출원 기관으로 뽑혔다"며 "공학자에게는 논문과 함께 특허를 내고 이를 기술이전해서 산업화하는 일이 중요하다"고 강조했다.
특히 연구진은 최근 질환에 따라 형상을 치료제 전달에 최적화한 질환 맞춤형 마이크로로봇을 세계 최초로 개발해 눈길을 끌었다. 소재 개발과 치료제 전달에 치우친 기존 마이크로로봇 연구에서 한발 더 나아가 질환별로 로봇 형상을 최적화해 치료제의 전달 효율을 높이는 마이크로로봇 설계기술을 제시한 것. 이번 연구는 고형암인 간종양 색전시술과 무릎연골재생을 위한 줄기세포 시술에 적용됐으나, 향후 마이크로의료로봇 분야 전반에 활용될 것으로 기대된다.
박 원장은 "마이크로의료로봇 분야에서만큼은 아무래도 남들보다 앞서있다 보니 새롭게 개척해나가야 하는 입장이다"며 “일반 의료로봇과 달리 마이크로의료로봇은 한국이 세계적인 경쟁력을 가지고 있는 분야로서 기술의 다양성 측면에서도 우위를 지니고 있다"고 말했다.
일단 연구는 항상 재미있다. 마이크로의료로봇 연구를 시작한 이래 단 한 번도 슬럼프 없이 계속 달려왔다. 그런데 마이크로의료로봇이 인체를 다루고 있고 의료기기와 의약품이 융합된 개념이다 보니 엄격한 공인기관 인증을 받아야 한다. 그동안 기술이전은 많이 이뤄졌지만, 사업화 또는 산업화하는 데 오랜 시간이 소요된다. 즉 공학자들이 연구를 시작해 시제품을 만들고 동물실험과 인체실험 등 검증을 거치려면 시간과 경비가 많이 든다.
또 세계 최초로 기술을 개발하게 되면 새롭다는 강점도 있지만 의료분야의 경우 족쇄가 되기도 한다. 새로운 기술 인증을 위해서는 기준이 만들어져야 한다. 신속한 패스트트랙 절차 적용을 위해 돌파해야 하는 부분도 있기 때문에 할 일이 많다. 인내심을 갖고 해야 하는 일이다. 하지만 이는 꼭 필요한 일로 특별히 딜레마로 보고 있진 않다. 신기술을 개발하는 입장에서는 안전성과 유효성을 검증받는 절차가 빠르게 이뤄지면 좋겠지만 인체를 다루는 일인 만큼 받아들여야 하는 부분이라고 생각한다.
◆ 마이크로의료로봇이 우리 실생활로 들어온다면
큰 수술을 앞둔 환자라면 몸에 수술 흉터 자국을 남기지 않고 머리카락 굵기 만한 아주 작은 로봇이 우리 인체 속으로 들어가 자율주행하면서 아픈 부위로 정확히 찾아가 치료해주는 상상을 해본 적이 있을 것이다. 날로 발전하는 마이크로의료로봇 기술을 보면 과거 공상과학(SF) 영화나 만화에서 일어난 일들이 실제 우리의 삶 속에서 구현될 날도 머지않은 듯하다. 하지만 일반인들에게 마이크로의료로봇은 아직까지는 생소한 개념이다.
박종오 원장은 "2005년에 나온 캡슐내시경이 일반 사람들에게 많이 알려진 대표적인 마이크로의료로봇 사례 가운데 하나가 아닐까 싶다"며 "기존에 소화기관 표준 시술에 사용되는 내시경을 마이크로로봇화한 것이 바로 캡슐내시경이다"고 설명했다. 또 혈관 표준 시술의 경우 카테터(심도자)를 마이크로로봇으로 대체하기도 한다.
특히 박 원장은 줄기세포 기반의 의료용 마이크로로봇을 소개하면서 해당 시장의 높은 잠재력을 강조했다. 이같이 다양한 마이크로의료로봇이 실제 상용화돼 널리 쓰인다면 각종 질병과 불치병 치료에 획기적인 발전을 가져올 뿐만 아니라 의료복지 수준도 크게 향상될 것으로 기대된다.
마이크로의료로봇은 인체에 전혀 자국이 남지 않는다는 장점이 있다. 현재 의료기기는 인체의 절개 부분을 최소화하는 방향으로 나아가고 있다. 최소 침습, 최소 절개를 실현하는 일이 의료기기의 핵심이라 할 수 있는 셈이다. 마이크로의료로봇을 사용할 경우 인체 절개의 흔적이 없기 때문에 환자의 회복 속도도 빠르다.
예를 들어 관절질환의 경우 나이가 들면 무릎 관절 연골이 마모되는데 예전에는 무릎에 인공관절을 이식하는 큰 수술을 해야 해서 힘들었다. 그래서 최근 인공관절 삽입 수술 대신 줄기세포를 주사하는 치료법이 각광을 받고 있다. 국내에서도 몇 년 전 줄기세포를 연구용으로 쓸 수 있도록 허가가 났다.
그런데 문제는 줄기세포를 원하는 손상 부위로 보내기가 쉽지 않다는 점이다. 줄기세포를 이용하는 방식은 두 가지가 있다. 우선 절개를 해서 뼈에다 구멍을 내 줄기세포를 넣으면 줄기세포가 연골세포로 분화되는 것이다. 다만 절개를 하기 때문에 고통이 심하다. 또 면역세포와는 달리 줄기세포는 이동성이 없기 때문에 주사기로 주입하면 손상된 부위까지 정확히 가기 힘들다. 추가 시술이 필요하다.
그러나 우리 기술로는 300㎛(마이크로미터) 크기 로봇의 미세한 구멍 안에 줄기세포 약 5000개가 들어간다. 이를 주사기로 넣어 마이크로로봇을 조정해 원하는 부위까지 쉽게 이동시킬 수 있다. 이 기술은 전 세계적으로 우리가 유일하고 시장도 크다. 향후 5년 안에는 기술을 제품화해 글로벌 시장을 선점하길 기대하고 있다. 기술적으로는 이미 어느 정도 성숙단계로 임상실험도 가능한 수준이라 충분히 가능성이 있다고 생각한다.
2년 전부터 보건복지부가 주관하는 대형 사업에 참여하고 있다. 인체의 다양한 기관 가운데 고형암과 순환기‧소화기 질환과 관련해 마이크로의료로봇의 실제 적용을 위한 사업을 추진하고 있다. 이 사업들을 키워 기업을 참여시키고, 기술을 개발하는 과정에서 다른 인체 조직에도 확대 적용시킬 계획이다.
◆ 글로벌 마이크로의료로봇 산업 허브로
"저는 갈 길이 명확합니다. 제 분야 외 다른 것에는 한눈을 팔지 않죠."
박종오 원장의 화려한 수상 경력만 봐도 마이크로의료로봇 한 길만 보고 달려온 그의 연구 인생이 그려진다. 그는 "마이크로의료로봇은 계속 성장해가는 잠재성이 매우 큰 시장"이라며 "새로운 기술을 개발해서 특허를 확보하고, 관련 기업들이 참여해 제품으로 하루빨리 만들어져 핵심 산업으로 발돋움하길 바란다"고 밝혔다. 그리고 국내 마이크로의료로봇 산업 성장에 기여하는 게 그의 사명이자 목표라고 강조했다.
한국마이크로의료로봇연구원은 특별한 보조 없이 100% 자력으로 정부나 기업으로부터 프로젝트를 수주해 운영해온 만큼 경쟁력과 생존력이 강하다는 게 박 원장의 설명이다. 그는 "어려움은 있겠지만 이를 잘 극복해 상황을 변화시켜서 광주시를 마이크로의료로봇의 거점 도시로 만들고 국내 마이크로의료 산업을 일궈 나가겠다"고 전했다.
또 마이크로의료로봇 시장 내 경쟁이 날로 치열해지는 가운데 미국 존스 홉킨스대학과 네덜란드 트벤테대학 등 여러 국가들과 파트너십을 맺어 탄탄한 연구 네트워크도 구축하고 있다. 박종오 원장은 세계적인 마이크로의료로봇 산업 컴플렉스를 구축해 글로벌 리더로서 시장을 선도하겠다는 강한 의지를 내비쳤다.
실은 인공지능(AI)이라는 게 컴퓨터 소프트웨어다. 로봇의 브레인이 컴퓨터 소프트웨어이기 때문에 AI와 로봇은 항상 같이 가는 개념이다. AI와 로봇이 떼어놓고 생각하기는 어렵다는 이야기다. 다만 인텔리전스가 높냐 낮냐의 문제인 것이다. 마이크로의료로봇도 당연히 AI와 같이 가야 한다. 다만 아직 마이크로로봇 연구는 새로운 영역을 개척하는 과정이기 때문에, AI라는 직접적인 단어를 쓰지 않을 뿐 AI를 계속 하고는 있다.
의료 영상을 진단하는 데 AI를 사용하면 상당히 임팩트가 크다. 마이크로의료로봇이 인체 속에 들어가 캡슐 자체 카메라로 영상을 추출할 때, 컴퓨터 알고리즘으로 사람이 보는 것보다 정확하게 영상을 진단할 수 있다. 영상 이미징 쪽이 일단 AI 기술과 가장 먼저 접목될 분야로 보고 있다.
마이크로의료로봇의 시장 규모는 어느 정도라고 수치로 꼭 짚어 말하기 어렵다. 시간이 흐르면서 이제까지의 거대한 모든 의료기기 시장을 조금씩 점유해나가는 개념으로 보면 될 것 같다. 그렇기 때문에 시장 규모는 구체적으로 추산하는 것보다 매우 거대하고 잠재력이 크다고 말하는 게 적합할 듯하다.
이제 세계의 모든 국가가 ‘복지’를 키워드로 나아가고 있다. 인체의 수명과 복지를 중시하고 편안함을 추구한다. 의료기기 시장에서 최소 침습, 최소 절개 등이 화두가 되고 있는데, 이러한 측면에서 마이크로의료로봇 시장은 앞으로 가면 갈수록 커질 수밖에 없다고 생각한다.
박종오
(재)한국마이크로의료로봇연구원장(KIMIRo)
전남대학교 석좌교수
▲전남대학교 로봇연구소(RRI) 소장
▲전남대학교 기계공학부 교수
▲4차산업혁명위원회 헬스케어특별위원회 위원
▲대통령 직속 4차산업혁명위원회 위원
▲과학기술부 21세기프론티어연구개발사업단장
▲한국과학기술연구원(KIST) 선임/책임연구원
▲독일Fraunhofer생산자동화연구소(FhG-IPA) 연구원
▲한국과학기술연구원(KIST) 연구원
AI타임스 윤영주 기자 yyj0511@aitimes.com
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