▲ 한국기계연구원 이승찬 선임연구원이 개발한 뇌전도 측정 헬멧을 들고 기술을 설명하고 있다.

한국기계연구원이 전극과 두피의 접촉 상태를 실시간으로 분석하고 자동 보정하는 기술을 확보했다. 사용자별 뇌전도 측정 편차를 줄이고 신호의 신뢰성을 높여 재활훈련과 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 등 다양한 분야에서 활용될 전망이다.

한국기계연구원(원장 류석현, 이하 기계연)은 대경권융합연구본부 진단센서연구실 이승찬 선임연구원 연구팀이 고해상도 다채널 뇌전도 측정과 전극 위치 자동보정 기술을 결합한 ‘자동맞춤형 뇌전도 모니터링 헬멧’을 개발했다고 12일 밝혔다.

이번에 개발된 헬멧은 32개 채널의 뇌전도 신호를 초당 500회 동시에 측정하면서 전극과 두피의 접촉 상태를 실시간으로 감지하고, 접촉이 불안정한 전극의 위치를 자동으로 조정하는 것이 특징이다.

뇌전도(EEG)는 뇌의 전기적 활동을 측정하는 기술로, 의료·재활·인지과학 및 뇌-컴퓨터 인터페이스 등 다양한 분야에서 활용된다. 정확한 신호를 확보하기 위해서는 두피에 부착된 전극이 안정적인 접촉 상태를 유지하는 것이 중요하다.

기존 뇌전도 측정은 습식·건식 전극 모두 숙련자가 개별 전극의 위치를 조정하고 접촉 상태를 수동으로 확인해야 하는 한계가 있었다. 특히 사용자마다 두상과 모발 상태가 달라 전극의 접촉 편차가 발생하기 쉽고, 측정 중 움직임이나 착용 상태가 변하면 전극을 다시 조정해야 했다. 이러한 접촉 불량은 다채널 측정 환경에서 일부 채널의 신호 품질을 떨어뜨려 전체 측정 데이터의 신뢰성과 재현성을 저하시키는 원인으로 작용했다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 32채널·500Hz 고해상도 뇌전도 측정 장치에 전극 접촉 상태 모니터링 알고리즘과 기계적 위치 자동보정 기술을 통합했다. 32채널 측정 방식은 두피의 여러 위치에서 발생하는 뇌전도 신호를 동시에 수집해 뇌 활동의 공간적 패턴을 파악하는 데 유리하다. 또한 500Hz 샘플링은 각 채널의 신호를 초당 500회 기록해 시간에 따른 뇌전도 변화를 정밀하게 분석할 수 있도록 한다.

핵심 기술은 전극의 접촉 상태를 감지하고 위치를 자동으로 조정하는 폐루프(Closed-loop) 제어 시스템이다. 이 시스템은 바이어스 전극을 활용해 측정 전극과 두피의 접촉 상태를 실시간으로 추정하고, 접촉이 불안정한 전극을 자동으로 이동시켜 적정 접촉 상태를 유지한다.

특히 전극 접촉 상태 감지부터 기계적 위치 조정, 접촉 상태 재확인까지 일련의 과정을 자동으로 수행한다. 개별 전극이 목표 접촉 조건에 도달하면 이동을 멈추고, 접촉 상태가 불안정한 전극에 대해서만 추가 보정을 실시하는 방식이다.

이를 통해 다채널 환경에서도 전극별 접촉 편차를 줄이고 균일한 신호 품질을 확보할 수 있다. 또한 목표 접촉 상태에 도달한 전극은 이동을 중단하도록 설계해 과도한 가압으로 인한 피부 자극과 착용 불편을 줄였다.

헬멧 착용 후 전극 접촉 상태 확인과 위치 보정이 자동으로 이뤄지기 때문에 숙련자에 대한 의존도와 측정 준비 시간을 줄일 수 있다는 점도 장점이다. 측정 도중 사용자의 움직임 등으로 접촉 상태가 변하더라도 실시간 보정이 가능해 반복 측정 환경에서도 안정적이고 재현성 있는 데이터를 확보하는 데 유리하다.

이번 연구는 기존에 숙련자의 수동 조정과 정적인 실험 환경에 의존했던 뇌전도 측정 과정을 자동화·표준화했다는 점에서 의미가 있다. 향후 성능 검증과 현장 실증을 거치면 운동 재활과 뇌-컴퓨터 인터페이스를 비롯해 가상현실(VR) 기반 인지·인간공학 연구, 작업자의 주의력 및 피로 상태 분석 등 다양한 분야에 적용할 수 있을 것으로 전망된다.

특히 동일한 사용자를 여러 차례 측정해야 하는 재활훈련이나 뇌-컴퓨터 인터페이스 분야에서 측정 조건의 일관성을 높일 수 있다. 사용자별 전극 접촉 편차를 최소화해 축적한 데이터는 뇌전도 빅데이터 구축과 인공지능(AI) 기반 분석 모델의 신뢰도 향상에도 기여할 것으로 기대된다.

이승찬 기계연 선임연구원은 “뇌전도는 의료와 헬스케어, 인지과학 분야에서 활용 가치가 높지만, 전극 접촉 상태를 맞추는 과정이 복잡하고 사용자에 따라 측정 신호 품질이 달라질 수 있다는 한계가 있었다”며 “이번 기술은 전극 접촉 상태를 실시간으로 판단하고 자동 보정함으로써 반복 측정이 필요한 환경에서도 보다 쉽고 일관된 뇌전도 데이터를 확보할 수 있는 기반을 마련했다”고 밝혔다.

한편 이번 연구는 ‘중증 운동기능 장애 극복을 위한 몰입형 확장현실 구현 핵심기계기술 개발’ 및 ‘뇌졸중 환자의 뇌가소성 증진을 위한 시간간섭 신경자극 기반의 가상현실 뉴로피드백 치료 시스템 개발’ 과제를 통해 수행됐다.

연구팀은 개발 기술과 관련해 ‘전극-두피 접촉 상태를 기반으로 측정 전극의 위치를 조정하는 뇌전도 측정 시스템 및 이를 구동하는 방법’이라는 명칭으로 지난 5월29일 특허를 출원했다. 특허 출원번호는 10-2026-0098279이다.