자폐증, 첨단기술을 만나다
첨단 기술을 동원한 자폐증 치료
자폐증의 증상을 완화시키고 필수 기술을 가르치고 일상생활을 보다 쉽고 편리하게 만들어주기 위한 다양한 기술이 개발되고 있다. 보통은 컴퓨터 비전, 신호처리, 로봇, 앞서도 언급한 태블릿이나 스마트폰과 같은 기기 등을 이용하여 다양한 기술이 시도되고 있는 중이다.
2015년, 켄터키대학교(University of Kentucky) 전기공학과팀은 교육대학과 협력하여 미북(MEBook)이라는 프로그램을 개발했다. 이것은 사회적 서술(social narrative)과 게임을 결합한 것으로 자폐성 장애아들의 행동 치료 도구로서 사용할 수 있을 것으로 보인다. 이 프로그램은 자폐증의 결손 분야 중에서도 특히 사회적 상호작용에 초점을 두고 있다. 자폐성 장애아들의 행동 개입에서 효과를 보이는 방법은 그들 자신의 이미지를 이용하는 것으로 '하이'라고 인사하는 자신의 모습을 보면 쉽게 따라 할 수 있다는 것이다.[1]
일본에서는 자폐증을 위한 로봇 개발이 한창이다. 2015년 1월, 일본 과학기술 진흥기구(JST)는 어른 안드로이드와 어린이 안드로이드가 새로운 로봇을 소개하는 세계 최초의 로봇만 참가하는 보도 발표를 실시하였다. JST 전략적 창조 연구 추진 사업에서 오사카(大阪) 대학 대학원 기초 공학 연구과와 일본 비이스톤(Vstone) 주식회사와 공동으로 사회적 대화 로봇인 CommU(Communication Unity)와 Sota(Social Talker)를 개발했다. CommU는 소형 로봇으로는 통상 채용되지 않는 안구부, 머리 부분, 동체부로부터 구성되는 풍부한 자유도의 기구를 이용하여 시선 방향을 다양한 방법으로 표현할 수 있는 기능을 갖추고 있어 인간을 닮은 미묘한 사회적 행동을 실현할 수 있다. 반면, Sota는 동일한 형태에 의한 대화를 구현할 수 있는 로봇이지만 안구와 완부의 자유도를 떨어뜨린 심플한 기구를 채용하고 동시에 귀여운 캐릭터 디자인을 도입하여 일반 가정으로의 보급을 목표로 하고 있다. 향후 대화감을 더욱 현실적으로 만들기 위한 실질적인 사회적 행동을 진행시키는 것과 동시에 소프트웨어 컨텐츠 개발 환경을 정비하여 플랫폼으로서의 성숙을 도모할 예정이라고 한다. 또한 자폐스펙트럼장애(ASD)에 따른 의사소통 장애아를 치료하는 전문 클리닉의 진찰실에 도입하여 사회적 대화 로봇과의 대화를 이용한 교육 프로그램 개발을 검토하고 사회보급을 진행시킬 예정이다.[2]
미국 서던캘리포니아대학(University of Southern California, USC)은 자폐성 장애아의 자율성을 증진시키기 위하여 자폐성 장애아가 모방 행동을 연습하도록 돕는 인간형 로봇을 활용하는 효과에 대한 시범 연구 결과를 2014년 8월 27일에 스코틀랜드의 에든버러(Edinburgh)에서 열린 로봇과 인간 사이의 상호 작용에 관한 한 국제 학술회의에서 발표했다. 이 연구를 위하여 USC 컴퓨터 과학, 신경과학 및 소아과(Computer Science, Neuroscience and Pediatrics) 학과장인 마자 마타릭(Maja Matarić) 교수 연구팀은 ASD를 가진 아이가 인간형 로봇에게 어떻게 반응하는지를 조사하였다. 이 인간형 로봇은 단계별 단서 제공하기(graded cueing), 점진적으로 특정한 단서를 제공하여 행동을 형성하도록 돕는 작업치료(occupational therapy)[3], 촉진(prompt)[4] 등을 제공한다.[5]
미국 조지아 공대(Georgia Institute of Technology)의 프로젝트는 장애를 가진 아이들을 돕고, 재활 도구로 활용하기 위하여 태블릿 PC와 앵그리버드 게임을 이용하여 로봇을 학습시키는 도구를 개발했다. 이 프로젝트를 이끌고 있는 조지아 공대 전기컴퓨터공학부의 교수인 아야나 하워드(Ayanna Howard)는 "로봇은 태블릿 PC의 애플리케이션과 어떻게 상호작용하는 것이 성공하게 되는지를 알기 때문에 관찰로 배울 수 있다. 로봇은 사람이 여기를 터치하기 시작하여 저기에서 끝나는 것을 인식한다. 다음으로 로봇은 자신이 배워서 발전하는 것과 연관되는 중요한 정보를 판독한다"고 말했다. 로봇은 게임의 전략을 변경하면서 새로운 정보를 분석하고, 적절한 사회적 반응을 나타낸다. "로봇이 더 빨리 사회에 진출할 수 있는 한 가지 방법은 최종 사용자에게 유연하도록 설계하는 것이다. 만약 로봇이 단지 특정한 작업만을 수행하도록 훈련된다면, 이 로봇의 소유주나 주변 환경에 대하여 배우고 적응할 수 없으며, 그 유용성은 극히 제한적인 것이 될 것"이라고 아야나 하워드 교수의 박사 후 과정 연구원인 박해원(Hae Won Park) 박사가 말했다. 이러한 유연성은 아야나 하워드 교수와 박해원 박사가 자신들의 로봇-태블릿 피시 시스템을 인식 및 운동 능력 장애를 가진 어린이들을 위한 미래의 재활 도구로 보는 이유 가운데 하나이다. 임상의는 이 로봇에게 교대로 놀이하기, 손과 눈의 협응(hand-eye coordination) 등과 같이 어린이 환자가 필요한 것을 돌보게 하고, 집으로 다시 돌아가도록 프로그래밍할 수 있다. 조지아 공대 연구팀의 다음 단계는 캔디 크러시(Candy Crush), 자이로스카이(ZyroSky) 등을 포함하여 로봇이 더 많은 게임을 배울 수 있게 만드는 것이다. 더불어 연구팀은 ASD로 진단받은 어린이와 운동 장애를 가진 어린이를 좀 더 모집하여 시스템과 상호작용하도록 할 계획이다. 가장 최근에 수행한 연구는 두 명의 자폐성 장애아가 포함되었다. 두 어린이 환자가 어른과 가지는 상호작용 시간은 통상적으로 성장 단계에 있는 보통의 어린이들보다 훨씬 적었다. 이들은 로봇과도 거의 동일한 수준으로 나타났다.[6]
사회적 로봇(social robot)이란 인간보다 상호 작용하는 것이 더 간단하며, 무한한 인내심으로 게임을 반복할 수 있고, 추가 연구를 위한 데이터도 기록하는 등의 단순한 작업을 꾸준히 하는 로봇을 말한다. 치료 전문가들은 바로 이런 특성을 통해 사회적 로봇이 자폐성 장애가 새로운 기술을 배우는 방법을 변화시키고 있다고 말한다. 2013년 11월, 싱가포르 국립대(National University of Singapore) 교수 존-존 카비비한(John-John Cabibihan)과 그의 연구팀은 지금까지 이러한 노력들을 조사하여 사회적 로봇과 관련된 국제학술지(International Journal of Social Robotics)에 발표하였다. 이 논문에서 연구팀은 치료 전문가들이 사용하는 수많은 형태의 로봇과 자폐증 어린이들의 마음을 끌어당기고 이들에게 영향을 미치기 위하여 개발되고 있는 다양한 기법들을 검토하였다.
자폐증은 사회적 기술, 의사소통, 상상력 등에 광범위한 기능장애를 가지는 발달 장애(developmental disorder)이다. 이것은 평생 동안의 장애이지만, 조기에 개입하면 자폐증 어린이가 가지는 이후의 삶의 질에 큰 격차가 발생한다는 증거가 분명해지고 있다. 사회적 로봇은 이러한 종류의 개입에 잘 맞는다. 우선 사회적 로봇은 자폐증을 진단하는데 유용하다. 자폐증은 통상적으로 어린이가 최소한 3살이 될 때까지는 진단하기 어렵다. 그러나 자폐증을 가질 위험이 높은 경우에 눈맞춤을 관찰하면 훨씬 일찍 진단할 수 있다는 증거가 많이 나타나고 있다. 사회적 로봇은 눈 역할을 하는 카메라를 통해 진단을 위한 증거를 오랜 기간에 걸쳐 수집할 수 있다. 또 다른 응용 분야는 특정 유형의 행위를 이끌어 내는 것이다. 사회적 로봇은 어린이들이 자신의 운동 제어뿐만 아니라 사회적 기술, 감각적 기술 및 인식 기술을 개선하도록 도울 수 있는 훈련에서 중요한 역할을 할 수 있다. 치료 전문가들은 자폐증 어린이가 눈 맞추기, 순서대로 하기, 흉내 내기 등과 같은 훈련을 연습할 때 사회적 로봇이 해당 작업을 수행하도록 프로그래밍을 할 수 있다. 여기에는 인사말을 시작하기, 공 던지기를 위한 순서 기다리기, 관심 대상에 눈 맞추는 것을 따라 하기, 로봇이 춤을 출 때 그 동작을 모사하기 등을 자폐성 장애아에게 가르치는 것이 포함된다. 이 과정에서 사회적 로봇은 친절한 놀이 친구가 되고, 치료 전문가와 어린이 사이에 중재자가 된다. 사실 자폐성 장애아들과 지속적으로 놀이를 하는 것은 사람이 수행하기에 어려운 역할이다. (부모라도 지친다.)
물론 분명히 앞으로 많은 도전과제가 있다. 예를 들어, 연구팀은 사회적 로봇 치료의 결과로 자폐성 장애아의 행동을 일반화할 때 보이는 특성을 더 잘 이해할 필요가 있다. 치료의 근본적인 목적은 자폐성 장애아 단지 로봇과 상호작용하는 것뿐만 아니라 다른 사람들과 상호 작용하는 것을 촉진시키는 것이기 때문이다. 그리고 다양한 여러 자폐성 장애의 서로 다른 필요성에 대하여 사회적 로봇을 어떻게 이용하는 것이 최선인지도 파악해야 한다. 그럼에도 불구하고, 이런 종류의 연구에서 얻어진 데이터는 우리가 자폐증에 대하여 생각하는 방식을 변화시키고, 자폐성 장애아의 증상을 개선시킬 수 있는 잠재력을 가진다는 것은 중요하다.[7]
영국에서는 교실에 첨단 기술을 도입하여 자폐성 장애아를 돕기 위한 프로젝트를 추진하고 있다. 약 30명에 달하는 다양한 수준의 자폐성 장애아를 위한 버밍엄(Birmingham) 톱클리프(Topcliffe) 초등학교는 경제 및 사회 연구 위원회(Economic and Social Research Council, ESRC)와 공학 및 물리과학 연구 위원회(Engineering and Physical Science Research Council, EPSRC)가 공동으로 추진하는 교실에서 자폐성 장애아들이 더 효율적으로 의사소통을 할 수 있도록 돕는 기술을 시도하는 프로젝트인 ECHOES를 진행하고 있다. 이 기술의 핵심은 가상 캐릭터와 인터랙티브 기술을 사용하는 것으로 아이들은 대규모 멀티터치 스크린을 통해 메아리와 상호작용하고, 물체를 조작하고, 주변을 탐사할 수 있으며, 앤디(Andy)라는 반자동 에이전트와 상호작용할 수 있다. 앤디는 아이들에게 사회적인 파트너의 역할을 하며, 특별한 활동에 아이들이 적극적으로 참여할 수 있게 만들어준다. 이 학교 선생님들은 ECHOES 프로그램이 아이들의 사회적, 의사소통 기술을 향상시키는데 매우 도움이 된다는 것을 발견했으며, 아이들이 해당 기술에 참여하는 정도를 보고 놀랐다. 사라 퀵켄돈(Sarah Quickendon) 선생님은 "결코 아이들이 이러한 기술들을 사용할 수 있을 것이라고 생각하지 못 했다. 그들 중 몇 명은 매우 심한 정도의 자폐증을 가지고 있기 때문이었다. 자폐성 장애아들이 스크린의 영상과 같이 노는 모습을 보았다. 이것은 일반적으로 아이들이 상호작용할 수 있는 방법이 아니었고 우리의 커리큘럼은 이런 기술을 설명하는 것까지 포함하지 않았다"고 말했다. 연구원들은 자폐성 장애아들이 종종 컴퓨터와 기술을 안전한 것으로 인식한다는 것을 발견했다. 따라서 장애아들이 기술로부터 동기를 부여받고, 참여하며, 특히 사회적인 상호작용과 의사소통을 하는 모습을 보인 것이다. 자폐성 장애아들은 종종 효율적으로 의사소통하거나 배우는데 어려움을 겪지만 이 기술은 동기부여를 통해 선생님들이 일반적인 교실환경에서 제공할 수 없는 방법으로 그들과 의사소통을 할 수 있도록 해준 것이다.[8]
프랑스의 휴머노이드 로봇 전문 기업 아델바란 로보틱스(Aldebaran Robotics)의 새로운 나오(Nao) 시리즈 나오 넥스트 젠(Nao Next Gen)은 사용자가 스스로 개발한 프로그램을 입력할 수 있고 다양한 컨텐츠를 통해 여러 사용자와 응용 분야를 확대할 수 있는데, 특히 자폐성 장애나 유사한 질환을 가진 사람들을 돌보는 기관에서 이용이 가능할 것으로 보인다. 이번 나오 넥스트 젠은 매우 높은 수준의 인터랙션 경험을 제공하며, 컴퓨터 하드웨어 향상을 통해 높은 안정성과 정확도를 보여준다. 1.6 GHz급 인텔 아톰(Atom) 프로세서를 기반으로 한 컴퓨터 칩을 내장하여 멀티태스킹을 수행하는데 원활한 시스템을 지원하고 있다. 또한 현장 프로그래머블 게이트 어레이(FPGSA)와 연결된 2대의 HD카메라를 내장하여 각각의 카메라 데이터를 실시간으로 송신받아 얼굴과 사물의 인식률과 속도를 높였다. 또한, 조명조건이 좋지 않은 상황에서도 매우 뛰어난 인식률을 보여준다. 또한, 빠르고 안정적인 뉘앙스(Nuance)라 불리는 음성인식 프로그램을 내장하고 있다. 이 프로그램을 통해 문장이나 대화 내에서 키워드를 인식하고 하는 방식으로 더 빠르고 안정적으로 음성인식 서비스를 제공한다.[9] 강아지 대신 이 로봇을 한 번 들여볼까 하는 생각으로 가격을 알아보니 고급형은 16,000 달러(약 2,000만 원), 기본형은 8,000 달러(약 1,000만 원)라서 생략했다. 빨리 싸져야 할 텐데... 아님, 누가 이 분야에 전문가가 있다면 기능을 좀 단순화하더라도 대량으로 자폐성 장애아들에게 보급했으면 좋겠다는 생각을 해본다.
1. http://medicalxpress.com/news/2015-08-behavioral-therapy-technology.html
2. http://www.jst.go.jp/pr/announce/20150120-2/index.html
3. 재활의 중요한 일부분으로서 유희, 게임, 운동 등 각종의 작업 활동을 매개로 지체운동 장애인에게 응용적인 기능회복을 꾀하고 정신 장애인에게는 장애의 경감과 적응력의 증강을 도모함과 아울러 환자의 자립성을 높이는 것을 목적으로 하는 치료법
4. 자폐성 장애아가 말이나 목표 행동을 수행할 수 있도록 다양한 자극을 제공하는 방법
5. http://phys.org/news/2014-08-socially-assistive-robots-kids-autism-personalized.html
6. http://phys.org/news/2014-07-angry-birds-opponent-robot.html
8. https://www.sciencedaily.com/releases/2012/11/121129093329.htm
9. https://www.aldebaran.com/en/cool-robots/nao
