최신 IT 동향주간기술동향 2012. 9. 12. 생각을동작으로실행시켜주는 BCI 기술과새로운보안과제 * 단지생각만하면기기가알아서작동하게해주는 BCI 기술은 SF 가아니라이미의료, 게임, 음악, 차량운전등다양한분야에서상용화되었거나빠르게구현되어가고있으며, 한편으로 BCI 를이용한생각의해킹도가능하다는연구가나와새로운보안이슈가될전망 사람의인지기능및감각운동기능을지원하거나회복하는데사용되던 BCI(Brain Computer Interface) 기술이빠른속도로진화하는중 - BCI 는 MMI(Mind-Machine Interface) 로불리기도하며, 종종 DNI(Direct Neural Interface) 또는 BMI(Brain Machine Interface) 로도부름 - BCI 의역사는한스버거가인간두뇌의전기적행동과 EEG( 뇌파전위기록술 ) 을발견한데까지거슬러올라감 - 1924 년에버거는 EEG 를통해최초로인간뇌의활동을기록하였으며, 버거의웨이 브 로알려진알파웨이브 (8~12Hz) 와같은뇌의진동움직임을식별하였음 - BCI 에대한본격적인연구는 1970 년대미국국가과학재단의후원으로 UCLA 대학에서시작되었으며, 이후미국방성산하방위고등연구계획국 (DARPA) 과연구용역계약을통해지속됨 - UCLA 의논문발표이후과학출판물에서 BCI 라는용어가처음사용되었으며, 이후 BCI 연구와개발 손상된근육은정상적뇌신호를차단 팔에이식된전극이건강한근육이뇌의신호를받아주먹을쥐게함 < 자료 >: HowStuffWorks 환자는마음속으로두손을꼭쥐는것을그림 팔에이식된전극이뇌신호를로봇팔에전달해주어주먹을쥐게함 ( 그림 1) BCI 를이용한신경인공기관의작동방식 * 본내용과관련된사항은정보서비스팀 ( 042-710-1771) 과 크로센트박종훈수석아키텍트 ( 02-2078- 2088) 에게문의하시기바랍니다. ** 본내용은필자의주관적인의견이며 NIPA 의공식적인입장이아님을밝힙니다. 26 www.nipa.kr
최신 IT 동향 은주로손상된청력, 시력, 동작기능의회복을목적으로하는인공신경응용분야에초점을두고진행됨 - 뇌의놀라운대뇌피질신경성형때문에이식된인공기관에서나오는신호라도적응기를거치면자연적인감각과같이뇌에의해작동될수있으며, 수년간의동물실험을거친후사람에게이식된최초의신경인공기관은 1990 년대중반에등장 치료목적으로주로개발되던 BCI 가이제는인체외부의다양한전자기기를제어하는데이용되고있으며, 영화속에서나가능할법한일들을실제로해내는데사용되기시작 - 이는인간과컴퓨터사이의커뮤니케이션을인지적, 직관적, 효율적으로만드는 HCI(Human Computer Interface) 기술처럼, BCI 를뇌와외부기기사이에직접적인커뮤니케이션경로로이용하려는시도 - 무언가를조종할때버튼을누르거나조이스틱을흔드는번거로움없이간단히생각만으로조종되도록하는것은이미 SF 영화속에서벌어지고있는일 - 최근에는 BCI 기술의비약적발전에힘입어의수부터로봇팔, 자동차, 심지어 PC 의커서까지모든기기를제어하는데 BCI 를이용할수있는단계에이름 - 센서기술들이더욱향상되고있을뿐아니라, 이모티브 (Emotiv) 나뉴로스카이 (NeuroSky) 같은기업들은 BCI 헤드셋을일반소비자가이용가능한수준까지가격을낮추기위해노력중 - 이들기업들은또한대부분의 EEG 헤드셋에서이용할수있는소프트웨어개발킷 (SDK) 을제공하며, 이는어느분야의개발자나기술을변형해서사용할수있는사람이라면자신의용도에맞게 BCI 응용처를확장할수있다는것을의미 대중적으로알려지기시작한 BCI 응용사례는헤드셋을이용해서생각만으로게임을즐길수있도록한것 - 2007 년뉴로스카이는최초의구매가능한 EEG 헤드셋인마인드셋 (MindSet) 제품을개발하였으며, 생각을염력으로바꾸어객체를조정하고주어진미션을달성할수있는뉴로보이 (NeuroBoy) 게임과함께출시 - 이후뉴로스카이는마인드웨이브 (MindWave) 라는새로운 EEG 헤드셋을출시하였으며, 이는헤드셋이헤드폰형태로바뀐점만제외하면본질적으로마인드셋과동일 - 2009 년에뉴로스카이는완구제조사인마텔 (Mattel) 과제휴를맺고플레이어가단지 정보통신산업진흥원 27
주간기술동향 2012. 9. 12. 1 뉴로스카이의마인드플렉스 (MindFlex) < 자료 >: 각사웹사이트 2 이모티브의에퍽 (EPOC) 3 뉴로웨어의네코미미 (Necomimi) ( 그림 2) 헤드셋형태의초기 BCI 디바이스 생각만하는것으로장애물코스를통과해서볼을움직이는임무를수행하는마인드플렉스 (MindFlex) 라는게임을개발 - 마인드플렉스게임은상업적으로큰성공을거두었으며뉴로스카이의이름이비로소유명세를타기시작 - 현재뉴로스카이는 BCI 칩을다른기업의다양한 EEG 헤드셋에제공하고있으며, SDK 를무료로개방하고, 이를이용해서개발된게임들을모아놓은앱스토어성장에주력하는중 - 뉴로스카이와쌍벽을이루고있는이모티브는 2011 년에자체 EEG 헤드셋인에퍽 (EPOC) 을출시 - 14 개의서로다른센서와 2 개의자이로스코프의배열을이용한이모티브의에퍽은 4 개의정신상태, 13 개의의식적인생각, 다양한얼굴표현, 머리움직임의방향을포착할수있음 - 뉴로스카이와마찬가지로이모티브역시 SDK 를제공하는데, 차이점은무료가아니라는점이고, 이모티브 SDK 의기능리스트는뉴로스카이보다앞서있으며, 이모티브의제품은현재소비자가이용할수있는가장발전된형태의 EEG 헤드셋으로평가 헤드셋형태이지만일본기업뉴로웨어 (Neurowear) 의제품은외부의객체를제어하는것이아니라착용자의감정상태를표현하는액세서리로기능 - 2011 년에출시된뉴로웨어의네코미미 (Necomimi) 헤드셋에는귀가달려있으며, 전극봉을사용하여사용자의주의를감지한다음감정을귀로표현 28 www.nipa.kr
최신 IT 동향 - 만약마음이산람함을느끼고정상적이아니라면귀는축처지고, 정상적일때귀는쫑긋서고, 행복감을느끼거나흥분할경우에는귀가몹시요동치게됨 - 네코미미가패션아이템으로유행되고있지는않지만, 액세서리를통한감정표현이라는아이디어는미래에점차보편화될것으로기대 전형적인 SF 로보일수있지만, 자동차등탈것을생각만으로조정하려는연구와시도도이미상당수준현실화되어있는단계 - 2011 년 7 월에도요타자동차는팔리사이클스 (Parlee Cycles) 와공동으로현대의기술과고전적디자인원칙을융합한자전거개발을목적으로 프리우스 X 팔리 (Prius X Parlee) 프로젝트를수행 - 개발된자전거는핸들바에독 (dock) 을가지고있어아이폰을끼울수있으며, 이를통해속도를측정하고내비게이션정보를받을수있는등다양한기능을보유 - 그러나가장주목받은기능은단지생각만으로기어를변환할수있는것으로, 이를위해서는이모티브의헤드셋으로개발한헬멧을착용해야함 - 독일기업인브레인드라이버 (BrainDriver) 는이모티브의유료 SDK 를이용하여운전자가실제로핸들이나페달을건드리지않고도차를운행할수있도록해주는프로그램을개발하는중 - EEG 센서는왼쪽혹은오른쪽과같은의식적인생각을인지하고무선으로이신호를맞춤제작된자동화된제어시스템으로보내게되며, 이에따라시스템이페달을누르거나핸들을돌리게됨 < 자료 >: Gadget-O, 2011. 7 ( 그림 3) 도요타와팔리사이클스의 PXP 자전거 정보통신산업진흥원 29
주간기술동향 2012. 9. 12. < 자료 >: www.youtube.com/watch?v=idv_62qohjy&feature=player_embedded ( 그림 4) BrainDriver 의시험주행화면 - 구글이무인자동차시운전을통해차량이스스로움직일수있음을증명하였으나, 이는운전자의생각으로차를제어하는것과는전혀다른기술 - 브레인드라이버의연구는아직법률적문제로인해도로에적용할수는없지만, 좋은 BCI 의개념증명 (POC) 사례가될것이며, BCI 를더욱개발해볼만한가치가있는인터페이스기술로자리매김하는데기여할수있음 스케이트보드나무선조종헬리콥터처럼운동기구나취미생활에 BCI 를적용하려는시도도활발히진행중 - Chaotic Moon Labs 의개발자들은 2011 년에자체제작한모터와마이크로소프트의엑스박스키넥트를이용해서손을앞으로흔드는동작만으로움직이는동작인식스케이트보드를제작 - 그러나키넥트를이용한응용사례가너무많아평범해짐에따라, 연구원들은키넥트를 BCI 로교체하여 2012 년 2 월에 상상의보드 라는스케이트보드를제작하였으며, 이보드는단지앞쪽에있는어떤지점을생각하는것만으로움직일수있음 - 노스이스턴컴퓨터정보과학대학의학생들은 BCI 를이용하여인기있는무선조종비행체 < 자료 >: www.youtube.com/watch?v=k-deupkrxfo ( 그림 5) 상상의보드시연 30 www.nipa.kr
최신 IT 동향 < 자료 >: www.youtube.com/watch?v=2hhrdyev0tq&feature=player_embedded ( 그림 6) 스웜익스트림의시연화면인 AR.Drone Parrot 을날릴수있게해주는 스웜익스트림 (Swarm Extreme) 프로그램을개발중 - 이들은단지뇌파만으로여러대의쿼드콥터비행체의비행경로를원격으로제어할수있다는것을보여주었으며, 이러한방식이인기를얻게된다면긴안테나와 2 개의조이스틱이달린박스형태의조종기는조만간사라지게될것 최근에는스마트폰의확산에따라 BCI 기술을스마트폰게임에적용하려는시도가활발히이루어지고있어 BCI 가좀더대중화되는계기가될것으로기대 - 업케익 (UpCake) 이라는게임은날아다니는컵케익을최대한높게위쪽으로움직이도록하는것인데, 집중력이핵심이며레벨이어려워질수록다양해지는방해요소를 < 자료 >: www.youtube.com/watch?v=2hhrdyev0tq&feature=player_embedded ( 그림 7) 아이폰및아이패드용 BCI 게임 28 Spoons Later 실행화면 정보통신산업진흥원 31
주간기술동향 2012. 9. 12. 극복해야함 - 업케익게임은안드로이드 OS 에서작동하도록개발되었으며, 게임을하려면최신 OS 버전인아이스크림샌드위치를설치해야하고, 뉴로스카이의마인드웨이브모바일 EEG 헤드셋이있어야함 - 28 Spoons Later 라는게임은좀비가뇌를숟가락으로파먹는것을막기위해영화 매트릭스의한장면처럼뇌력을이용해스푼을구부려야함 - 게임의핵심은영화에서처럼 숟가락을구부리려하지마세요. 그건불가능해요. 진 실만을깨닫기위해노력하세요. 숟가락은없어요 라는동자승들의충고를따르는것 으로, 이게임은대중문화레퍼런스와 BCI 기술의멋진융합을보여주는사례로평가 - 28 Spoons Later 는아이폰과아이패드용게임으로뉴로스카이의마인드웨이브모바 일 EEG 또는 PLX 의모바일헤드셋이필요 BCI 를대중문화에적용하려는시도중에는마인드로제어하는신디사이저섭콘치 (SubConch) 가대표적 - 섭콘치는볼륨, 피치, LFO( 저주파발진기 ) 속도, LFO 깊이, 변조주파수, 파형, 반향등 다양한음악적특성을특정한인지 적사고, 감정, 또는얼굴표정에연 결함으로써그특성들을제어할수 있게해주는소프트웨어 - 가령좌절을느꼈을때는피치 ( 음조 ) 가변화하도록설정할수있으며, 단지반향올리기를생각함으로써 반향을올리는것도가능하고, 직접 적으로머리속에있는음악을다른 사람이들을수있는라이브퍼포먼 스로변환할수도있음 이상의사례들은빙산의일각에불과할정도로 BCI 기술은현재다양한분야에서적용 중이며, 서서히파급효과를높여가는중 EPOC 헤드셋 < 자료 >: SubConch Project, 2012. 1 오디오케이블 소라고동조각 ( 그림 8) 신디사이저섭콘치의구성 - 이모티브와뉴로스카이가운영중인앱스토어에등록된디바이스와소프트웨어들은 버튼 쿠션 I/O 보드 USB to DMX 빛 DMX PC USB 허브증폭기 32 www.nipa.kr
최신 IT 동향 BCI 기술의응용분야와현수준을잘보여주고있음 - BCI 기술전용사이트인뉴로개짓 (www.neruogadget.com) 도 BCI 최신제품과발전현황을보다자세히알수있는정보채널 한편 BCI 기술발전의이면으로, 사람의생각을해킹하여중요정보를빼낼수있다는연구결과도발표되고있어새로운차원으로보안의지평이확장될가능성이제기됨 - 옥스포드대, 제네바대, 캘리포니아대의국제연구팀은수백달러짜리이모티브의 BCI 헤드셋을이용하여두뇌를해킹하고, 금융정보등을뇌에서직접빼낼수있는것이영화가아닌현실에서가능하다는것을시현 - 연구팀은컴퓨터과학과학생들을대상으로실시한정보처리관련실험의일환으로이모티브의헤드셋을착용하게한다음, 컴퓨터화면을통해지도, 은행, 카드 PIN 등과같은이미지를연속적으로보여주었음 - 연구팀은뇌가어떤자극을의미가있고유용한것으로등록할때, 특히많이발생시키는 P300 뇌신호를추적하는방식을사용 - 이를통해테스트된각변수에서엔트로피 ( 무질서, 무작위데이터 ) 를지속적으로약 10~40% 감소시킬수있었으며, 무작위로추측할때보다높은성공률을보였음 - 연구팀은실험을통해얻은정보를이용하여피실험자들이이용하는은행이나거주하는지역을알아냄으로써 BCI 를이용한정보유출이가능하다는것을입증 Potential[ μv ] 4 목표자극비목표자극 3 2 1 0-1 200 0 200 400 600 800 1,000 주 ) 목표자극으로부터나온 P300 신호는비목표자극으로부터나온신호화다름 < 자료 >: GizMag, 2012. 8 ( 그림 9) P300 신호추적을통한생각의해킹 정보통신산업진흥원 33
주간기술동향 2012. 9. 12. - 점선은무작위추축시의퍼포먼스 - 연결선은 3 가지으데이터반응분류기술을이용한 BCI 테스트결과 - BCI 테스트의퍼포먼스가무작위추측시보다높음을알수있음 < 자료 >: GizMag, 2012. 8 ( 그림 10) BCI 와무작위추측의퍼포먼스비교 현재소셜엔지니어링을이용한해킹이나 SNS 에서개인정보유출시도가빈번해짐을감안할때, BCI 기술은사용자가인지하지못하는정보유출의위험도를높일수있음 - 연구팀은논문의결과에서자신들의실험이단순한것이지만, 보다섬세한공격이가능하다고주장 - 가령 BCI 의위험성을잘알지못하는사용자들이질문을가장한마인드게임에쉽게빠져들수있으며, 마인드게임이보다높은참여도를이끌어내도록잘진행되고점차좋아지는디바이스의성능을활용한다면해킹성공률은향상될수있다는것 - 연구팀은또한보다근본적인이슈를제기하고있는데, BCI 기술은사용자의뇌에서뽑은데이터를일상적으로사용하기위해저장한다는것 - 따라서 BCI 디바이스에내장된 EEG 로부터나오는일련의데이터들은멀웨어에의해공격당할잠재적위험이있으며, 이런유형의공격은상대적으로매우쉽게발전될수있고, 해커들의창의적인공격방법이등장하게될것이라는점 - 해결책은 BCI 기술이적용된디바이스를사용할경우무엇을생각하는지조심해야하는것으로, 이는잠재적해킹위험에대비하기위해생각마저제한해야하는시대가오고있음을시사 34 www.nipa.kr
최신 IT 동향 - 이국제연구팀의논문은워싱턴벨뷰에서개최된유스닉스보안 (Usenix Security) 컨퍼러스에서발표되어새로운보안위험으로주목받았음 다양한스마트기기의네트워크화추세는 BCI 기술의접목으로이어질공산이크며, 따라서이에대한연구개발과응용분야발굴에관심을기울여야할것 - 음성인식인터페이스는둘이상의기기를제어할때, 가령자동차를운전하면서스마트폰을제어할때더큰효과를발휘하기때문에주목받고있으며, BCI 는음성인식인터페이스가극단적으로발전한형태로볼수도있음 - 구글안경등웨어러블컴퓨팅기기들의인터페이스도손가락의터치가아닌손의동작이나눈동자의움직임이될것으로예상되고있는관점에서이론적으로보다효과적인것은 BCI 를적용하는것 - 세기의스마트폰특허소송전쟁을통해사용자인터페이스와사용자경험의중요성이보다높아짐에따라새로운인터페이스개발노력에박차가가해질것이며, BCI 도유력한기술후보중하나로거론될가능성이높음 정보통신산업진흥원 35