빛과 소리
느껴(Feel) 듣자(Hear)
느껴(Feel) 듣자(Hear)
차례
04 가족이나 친구가 듣지 못한다면?
05 활동 1. 청각장애인의 언어 ‘수화’
07 활동 2. 듣지 못하고 살아가는 사람들이 어떻게 들으며 살아가는지 찾아보자.
08 활동 3. 청각장애에 대한 오해 10 활동 4. UCC만들기
12 어떻게 들을 수 있을까?
13 활동 1. 들을 수 없어도 음악을 느낄 수 있는 기계를 체험해보자.
14 활동 2. 터쳐블 뮤직시트(Touchable Music Seat) 원리 알아보기
15 활동 3. 듣지 못하고 살아가는 사람들이 어떻게 들으며 살아가는지 찾아보자.
16 활동 4. 청각장애에 대한 오해 19 생활속 이야기
20 몸으로 듣는다(고막)
21 활동 1. 귀와 소리24 활동 2. 어디로 듣는 걸까?
26 활동 3. 나만의 종이컵 스피커 만들기
28 몸으로 듣는다(달팽이관)
30 활동 1. 눈으로 소리 보기 35 활동 2. 골전도 스피커 만들기 37 생활속 이야기38 들을 수 있게 도와줘!
39 체험해보기 - 메이키메이키를 활용한 활동 체험해보기
40 만들어보기 - 메이키메이키를 활용한 청각장애인 생활용품 설계하기 43 발표해보기 - 제작한 장치를 발표해 봅시다.
44 생활속 이야기
느껴(Feel) 듣자(Hear)
가족이나 친구가 듣지 못 한다면?
SA
청각(귀)의 중요성과 필요성을 알 수 있다.
듣지 못하는 상황을 상상해보고 어떠한 노력이 필요한지 생각해 볼 수 있다.
소리를 들을 수 있다는 점의 감사함과 들을 수 없는 사람들에 대한 관심과 생각을 가질 수 있다.
출처: https://www.youtube.com/watch?v=9HWKRr3HMqs “현대자동차 프로젝트”
만약 자신이 영상의 주인공이었다면 어떠했을까?
생각해보기 다음의 동영상을 보고 자신의 느낀 점을 생각해보자.
다음은 영화 ‘도가니’에서 청각장애인 학교의 교사로 부임한 공유가 학생에게 말하고 있는 장면입니다.
공유는 학생에게 무엇을 말하고 있는 걸까요?
출처 : “영화 도가니”
●수화를 배워 봅시다.
●자신의 이름을 수화로 말해봅시다.
활동 1 청각장애인의 언어 ‘수화’
2016 융합인재교육(STEAM) 프로그램 [고등-학생용]
●몇 가지 표현을 해봅시다.
다음의 물건이 무엇에 사용되는 물건인지 찾아보자.
듣지 못하고 살아가는 사람들이 어떻게 들으며 살아가는지 찾아보자.
활동 2 듣지 못하고 살아가는 사람들이 어떻게 들으며 살아가는지 찾아보자.
2016 융합인재교육(STEAM) 프로그램 [고등-학생용]
다음은 청각장애에 대한 오해들입니다. 청각장애의 정의와 원인 및 특성에 대해 찾아보고 청각장애에 대해 올 바르게 이해해봅시다.
청각장애란?
우리나라의 장애인들에 대한 특수교육법에 의하면 청력 손실이 심하여 보청기를 착용해도 청 각을 통한 의사소통이 불가능 또는 곤란한 상태이거나, 청력이 남아 있어도 보청기를 착용해 야 청각을 통한 의사소통이 가능하여 청각에 의한 교육적 성취가 어려운 사람을 말한다.
청각장애 원인 및 특성
- 원인 :
청각장애의 원인 중에서 전음성(전도성) 청각장애는 중이염 등에 의해, 감음신경성(감각신경성) 청각장애는 풍진, 뇌염, 홍역, 수두 등의 바이러스성 질환이나 Rh부적합증, 또는 유전적인 요인 등에 의한다. 출생시 원인으로는 미 숙아인 경우 15%가 난청의 가능성이 있으며 후천적으로는 바이러스 감염증, 약물중독 혹은 내이의 손상을 유발하 는 두부손상 혹은 중이염이 등이 있다.- 특성 :
청각장애는 난청에서부터 전혀 듣지 못하기까지 다양한 정도로 나타나는데, 청력손실 정도의 유형청력손실이 발 생했을 때의 아동의 연령, 지능, 가정과 지역사회의 특성, 교육적 경험에 따라 그 특성이 다르게 나타난다. 청각장 애학생들은 추상적 개념보다 구체적 개념에서 보다 이해가 촉진된다. 청각장애인의 특유의 성격 특성이 존재하는 것은 아니지만 의사소통이 곤란한 환경에 처하는 경우가 많으므로 사회적, 정서적 경험의 기회가 제한되어 이런 점이 성격 형성에 영향을 미칠 수 있다.활동 3 청각장애에 대한 오해
<청각장애 국제 심볼>
청각장애 이해
- 손상 정도에 따라 소리를 들을 수 있는 범위가 다릅니다.
청각장애인은 개인의 청각 손상 정도에 따라 소리를 들을 수 있는 범위가 달라요. 청각손실 정도가 아주 심하지 않은 경우 보청기나 보조기구 등의 도움을 통해 소리를 들을 수 있어요. (다만 보청기를 낀다고 해서 모든 소리를 또렷하게 들을 수 있 는 것은 아니에요.) 손상 정도가 심한 경우에도 진동을 통해 박자가 전달되므로 음악을 느낄 수 있답니다.
- 청각장애인은 고집이 세거나 지능이 떨어지지 않습니다.
청각장애인은 듣기와 말하기가 힘들 뿐이지 읽기와 쓰기 능력은 건청인(비 청각장애인을 이르는 말)과 동일하며, 지식을 습 득하는 능력도 다를 바가 없습니다. 다만 의사소통이 곤란한 경우가 있으므로 언어적 자극이나 학습 경험 등이 부족할 경우 가 있을 수는 있어요. 더불어 고집이 세다는 것도 의사소통이 원활하지 않아 생기는 오해일 뿐이랍니다.
- 수화와 함께 구화로 대화할 수 있습니다.
수화가 가장 일반적이지만 꼭 그렇지는 않아요. 모든 청각장애인이 수화를 하는 것은 아니에요. 대부분의 청각장애인들은 상 대방의 입 모양을 보고 말을 이해하는 등 어느 정도 언어 생활을 할 수가 있답니다. 손바닥이나 종이에 글자를 써서 대화하 는 필담도 청각장애인과 의사소통 하는 방법이에요.
- 소리, 연습에 따라서는 대화할 수 있습니다.
소리 듣지 못하면 발음이 부정확해지고 말하기 힘들 뿐이지 목소리 자체를 낼 수 없는 것은 아니에요. 다만 청력 손실로 말 미암아 발성에 어려움이 동반되는 것이죠. 하지만 시각과 촉각, 근운동감각을 이용해 발성을 연습하면 ‘말’을 할 수도 있어 요. (구화법) 청각장애인은 본인의 목소리를 확인할 수 없기 때문에 목소리가 다소 어눌하거나 무언가에 눌려 있는 것처럼 들릴 수 있지만, 상상 이상의 노력이 필요한 결과라는걸 기억해 주세요~
- 듣지 못한다고 말을 못하는 것은 아닙니다.
청력 손실로 말미암아 언어 발달에 어려움이 있는 것은 사실이지만, 그렇다고 자동적으로 말도 못하는 것은 아닙니다. 대부 분의 청각장애아동들은 상대방의 입 모양을 보고 말을 이해하기도 하는 등 어느 정도 언어 생활을 할 수가 있습니다.
- 보청기를 사용해도 일반인과 마찬가지로 듣고 이해하지는 못합니다.
일반적으로 보청기는 소리를 증폭해줄뿐, 어떤 것도 청력 손실을 완전하게 보완해 줄 수는 없습니다.
- 청각장애인이라고 모두 지능지수(IQ)가 낮지는 않습니다.
청각장애 아동도 일반 아동과 마찬가지의 지적능력을 가지고 태어나는 것으로 간주됩니다. 다만, 언어적 자극, 학습 경험 등 의 부족으로 지적 발달이 다소 저해되는 것으로 보아야 할 것입니다.
2016 융합인재교육(STEAM) 프로그램 [고등-학생용]
청각장애 예절
청각장애인과 대화를 나눌 때에는, 입 모양을 크게 하여 천천히 말하기, 글로 쓰기, 혹은 수화를 이용하여 의사소통을 할 수 가 있습니다. 청각장애인을 만났을 때, 듣지 못한다고 생각하며 함부로 말하거나 반말을 사용하는 일은 삼가야 합니다. 청각 장애인과 함께 일할 때에는, 눈으로 알아 볼 수 있도록 시범을 보임으로써 지시를 하거나 설명하도록 합시다.
청각장애인들은 다른 일반 근로자들 앞에서 충고를 하거나 야단을 치면 자신을 무시하는 것으로 오해하는 경우가 있습니다.
그러므로, 청각장애인을 조용한 곳으로 따로 불러 본인의 실수를 자세히 설명해 주는 것이 바람직합니다. 청각장애인이 전화 를 걸어줄 것을 요청하면, 그가 원하는 내용을 충분히 파악한 후에 응해 주도록 합니다.
청각 장애인과 함께 있는 곳에서 일반 사람들끼리 그를 힐끗힐끗 쳐다보면서 속삭이는 것은 오해를 불러 일으킬 수 있기 때 문에 가능한 한 삼가는 것이 좋습니다. 청각 장애인과 수화를 할 때, 수화 동작 범위는 가슴 높이에서 양 어깨를 한계점으로 필요에 따라 큰 동작과 똑같은 동작으로 절도 있게 하는 것이 의사소통을 하는데 도움이 됩니다.
참고: http://edu.nise.go.kr/jsp/lesionsee/easy/easy_hear.jsp?main=1&sub=2&leftsub=0
듣지 못하게 된다면 어떻게 살아갈 수 있을지 상상하여 UCC를 제작해보자.
친구들의 UCC를 보고 느낀점을 적어보자.
활동 4 UCC 만들기
친구들과 함께 “방과 방 사이”를 해보자. 4~5명씩 모둠을 만들어 일렬로 서서 단어나 속담을 보고 소리 없이 전달해보자.
출처: https://www.youtube.com/watch?v=9EK7v1Mf-3M “JTBC 신화방송”
듣지 못하여 말을 하지 못하게 된다면 어떻게 생활하며 살아갈 수 있을지 상상하여 글을 써보자.
듣지 못하고 말하지 못한다면 어떻게 자신의 생각을 전달할 수 있을지 생각해보고 이야기 해보자.
추가 활동 방과 방 사이
어떻게 들을 수 있을까?
SA
청각(귀)의 구조와 기능에 대해 알 수 있다.
소리의 전달 과정을 설명할 수 있다.
음악을 들을 수 없는 청각장애인의 마음을 공감할 수 있다.
청각장애인의 기기를 찾아보고 그들의 어려운 상황을 이해할 수 있다.
출처: https://www.youtube.com/watch?v=9HWKRr3HMqs “현대자동차 프로젝트”
만약 자신이 영상의 주인공이었다면 어떠했을까?
생각해보기 다음의 동영상을 보고 자신의 느낀 점을 생각해보자.
몸으로 들었던 음악과 이러한 경험에 대해 감상을 작성해보자.
활동 1 들을 수 없어도 음악을 느낄 수 있는 기계를 체험해보자.
2016 융합인재교육(STEAM) 프로그램 [고등-학생용]
음파(소리)
음파는 전형적인 종파입니다. 소리는 3가지 요소로 구성되어 있는데 오실로스코프라는 장치를 이용해서 소리를 분석하면 대략의 파동의 모양을 확인할 수 있습니다. 이런 파동의 모양을 기초로 소리에 대한 분석이 가능합니다. 소리를 분석할 때 세 가지 요소를 고려합니다.
첫 번째 요소는 소리의 크기인데 진폭이 클수록 큰 소리가 나게 됩니다. 그림에서 진폭이 큰 위쪽의 파동이 더 큰 소리를 내고 있다는 것입니다. 그림을 비교해보면 첫 번째 그림이 더 큰 소리를 내고 있다는 것입니다.
두 번째 요소는 소리의 높이인데 이를 결정하는 것은 소리의 진동수입니다. 그림을 보면 아래쪽의 파동의 진동수가 더 큽니다. 이는 아래쪽의 파동이 더 높은 소리를 내고 있다는 것을 의미합니다.
마지막으로 소리의 음색은 비유적인 표현으로 소리의 느낌을 의미하는 것입니다. 진폭이나 진동수가 거의 유사한 두 소리가 있을 때 파동의 기본적인 형태에 따라서 소리의 느낌이 달라집니다. 똑같은 높이와 크기를 가진 소리를 다른 악기, 예를 들어 바이올린과 피아노로 내는 경우에 두 소리는 느낌이 다릅니다. 그 이유는 파동의 기본형태가 다르기 때문입니다.
그림을 보면 진폭과 진동수는 거의 같지만 파동의 기본형태가 다르기 때문에 다른 느낌의 소리가 날 것이라는 것을 알 수 있습니다.
출처: http://goldenears.net/board/1313536 “블로그”
정상파와 관악기
관악기는 관의 길이에 따라서 다른 음의 소리를 내게 됩니다. 관의 길이를 조절하는 경우 파동의 속도의 식 ν = λ × f 에서 파동의 속도는 기압 및 온도에 의해서만 변화하므로 일정하게 유지됩니다. 그러므로 파장의 변화에 따라서 진동수가 달라지는데 개관의 길이가 길어지면 정상파에서 개관의 파장을 구하는 공식으로부터 파장이 길어진다는 것을 알 수 있고, 파장이 길어지게 되면 진동수가 작아지므로 저음이 되고, 반대로 개관의 길이가 짧아지면 고음이 된다는 것을 알 수 있습니다. 그림에서 보는 것과 같이 관이 짧을수록, 작은 악기 일수록 높은 음이 나는 것은 이 때문입니다.
한편 취구에서 부는 세기가 세지면 정상파가 더 높은 배수의 진동으로 바뀌게 되어 음색이 달라지게 됩니다. 여기서는 개관과 폐관이 다른 양상을 나타내는데 리코더와 단소같이 개관악기는 진동이 정수배가 되므로 한 옥타브 씩 높아지지만, 클라리넷과 같은 폐관악기는 홀수배( 1, 3, 5, ... 배 )로 올라가므로 한 옥타브 이상씩 높아지는 차이가 생깁니다.
출처: http://goldenears.net/board/1313536 “블로그”
활동 2 터쳐블 뮤직시트(Touchable Music Seat) 원리 알아보기
터쳐블 뮤직시트의 원리를 그림이나 글로 표현해보자.
다음의 물건이 무엇에 사용되는 물건인지 찾아보자.
듣지 못하고 살아가는 사람들이 어떻게 들으며 살아가는지 찾아보자.
활동 3 듣지 못하고 살아가는 사람들이 어떻게 들으며 살아가는지 찾아보자.
2016 융합인재교육(STEAM) 프로그램 [고등-학생용]
다음은 청각장애에 대한 오해들입니다. 청각장애의 정의와 원인 및 특성에 대해 찾아보고 청각장애에 대해 올 바르게 이해해봅시다.
청각장애란?
우리나라의 장애인들에 대한 특수교육법에 의하면 청력 손실이 심하여 보청기를 착용해도 청 각을 통한 의사소통이 불가능 또는 곤란한 상태이거나, 청력이 남아 있어도 보청기를 착용해 야 청각을 통한 의사소통이 가능하여 청각에 의한 교육적 성취가 어려운 사람을 말한다.
활동 4 청각장애에 대한 오해
<청각장애 국제 심볼>
청각장애 원인 및 특성
- 원인 :
청각장애의 원인 중에서 전음성(전도성) 청각장애는 중이염 등에 의해, 감음신경성(감각신경성) 청각장애는 풍진, 뇌염, 홍역, 수두 등의 바이러스성 질환이나 Rh부적합증, 또는 유전적인 요인 등에 의한다. 출생시 원인으로는 미 숙아인 경우 15%가 난청의 가능성이 있으며 후천적으로는 바이러스 감염증, 약물중독 혹은 내이의 손상을 유발하 는 두부손상 혹은 중이염이 등이 있다.- 특성 :
청각장애는 난청에서부터 전혀 듣지 못하기까지 다양한 정도로 나타나는데, 청력손실 정도의 유형청력손실이 발 생했을 때의 아동의 연령, 지능, 가정과 지역사회의 특성, 교육적 경험에 따라 그 특성이 다르게 나타난다. 청각장 애학생들은 추상적 개념보다 구체적 개념에서 보다 이해가 촉진된다. 청각장애인의 특유의 성격 특성이 존재하는 것은 아니지만 의사소통이 곤란한 환경에 처하는 경우가 많으므로 사회적, 정서적 경험의 기회가 제한되어 이런 점이 성격 형성에 영향을 미칠 수 있다.청각장애 이해
- 손상 정도에 따라 소리를 들을 수 있는 범위가 다릅니다.
청각장애인은 개인의 청각 손상 정도에 따라 소리를 들을 수 있는 범위가 달라요. 청각손실 정도가 아주 심하지 않은 경우 보청기나 보조기구 등의 도움을 통해 소리를 들을 수 있어요. (다만 보청기를 낀다고 해서 모든 소리를 또렷하게 들을 수 있 는 것은 아니에요.) 손상 정도가 심한 경우에도 진동을 통해 박자가 전달되므로 음악을 느낄 수 있답니다.
- 청각장애인은 고집이 세거나 지능이 떨어지지 않습니다.
청각장애인은 듣기와 말하기가 힘들 뿐이지 읽기와 쓰기 능력은 건청인(비 청각장애인을 이르는 말)과 동일하며, 지식을 습 득하는 능력도 다를 바가 없습니다. 다만 의사소통이 곤란한 경우가 있으므로 언어적 자극이나 학습 경험 등이 부족할 경우 가 있을 수는 있어요. 더불어 고집이 세다는 것도 의사소통이 원활하지 않아 생기는 오해일 뿐이랍니다.
- 수화와 함께 구화로 대화할 수 있습니다.
수화가 가장 일반적이지만 꼭 그렇지는 않아요. 모든 청각장애인이 수화를 하는 것은 아니에요. 대부분의 청각장애인들은 상 대방의 입 모양을 보고 말을 이해하는 등 어느 정도 언어 생활을 할 수가 있답니다. 손바닥이나 종이에 글자를 써서 대화하 는 필담도 청각장애인과 의사소통 하는 방법이에요.
- 소리, 연습에 따라서는 대화할 수 있습니다.
소리 듣지 못하면 발음이 부정확해지고 말하기 힘들 뿐이지 목소리 자체를 낼 수 없는 것은 아니에요. 다만 청력 손실로 말 미암아 발성에 어려움이 동반되는 것이죠. 하지만 시각과 촉각, 근운동감각을 이용해 발성을 연습하면 ‘말’을 할 수도 있어 요. (구화법) 청각장애인은 본인의 목소리를 확인할 수 없기 때문에 목소리가 다소 어눌하거나 무언가에 눌려 있는 것처럼
2016 융합인재교육(STEAM) 프로그램 [고등-학생용]
- 청각장애인이라고 모두 지능지수(IQ)가 낮지는 않습니다.
청각장애 아동도 일반 아동과 마찬가지의 지적능력을 가지고 태어나는 것으로 간주됩니다. 다만, 언어적 자극, 학습 경험 등 의 부족으로 지적 발달이 다소 저해되는 것으로 보아야 할 것입니다.
- 청각장애인들도 다른 사람과 대화하기를 좋아합니다.
모든 청각장애인이 다 그렇다고 볼 수는 없습니다만 청각장애인 중에는 대화하는 것을 좋아하는 이들도 많습니다. 수화를 모르기 때문에 청각장애인과 대화를 나누는 것을 두려워하는 경우가 많습니다만 두려워하지 말고 먼저 말을 건네 보는 것도 좋습니다.
- 양쪽 귀를 꽉 막는다고 청각장애가 되는 것은 아닙니다.
손으로 두 귀를 꽉 막는다고 청각장애가 되는 것은 아닙니다. 일반인들은 두 귀를 막아도 작지만 소리를 들을 수 있는 반면 에 청각장애인은 작은 소리는 물론 특정 주파수의 소리를 듣지 못하는 경우가 많습니다.
청각장애 예절
청각장애인과 대화를 나눌 때에는, 입 모양을 크게 하여 천천히 말하기, 글로 쓰기, 혹은 수화를 이용하여 의사소통을 할 수 가 있습니다. 청각장애인을 만났을 때, 듣지 못한다고 생각하며 함부로 말하거나 반말을 사용하는 일은 삼가야 합니다. 청각 장애인과 함께 일할 때에는, 눈으로 알아 볼 수 있도록 시범을 보임으로써 지시를 하거나 설명하도록 합시다.
청각장애인들은 다른 일반 근로자들 앞에서 충고를 하거나 야단을 치면 자신을 무시하는 것으로 오해하는 경우가 있습니다.
그러므로, 청각장애인을 조용한 곳으로 따로 불러 본인의 실수를 자세히 설명해 주는 것이 바람직합니다. 청각장애인이 전화 를 걸어줄 것을 요청하면, 그가 원하는 내용을 충분히 파악한 후에 응해 주도록 합니다.
청각 장애인과 함께 있는 곳에서 일반 사람들끼리 그를 힐끗힐끗 쳐다보면서 속삭이는 것은 오해를 불러 일으킬 수 있기 때 문에 가능한 한 삼가는 것이 좋습니다. 청각 장애인과 수화를 할 때, 수화 동작 범위는 가슴 높이에서 양 어깨를 한계점으로 필요에 따라 큰 동작과 똑같은 동작으로 절도 있게 하는 것이 의사소통을 하는데 도움이 됩니다.
참고: http://edu.nise.go.kr/jsp/lesionsee/easy/easy_hear.jsp?main=1&sub=2&leftsub=0
생활 속 이야기
[Health&Beauty]보청기로 치매를 막는다.
[동아일보] 적합한 보청기 처방과 사후관리
난청이 인지력장애, 그중에서도 기억력이 나 집중력, 연상력 등의 장애를 초래한다는 사실은 그동안 여러 연구를 통해 밝혀졌다.
2013년 존스홉킨스대 이비인후과전문의 린 과 동료들의 연구에 따르면 평균 나이 77세 의 2000명 중 난청으로 대화에 어려움을 느 끼는 대상자는 6년 뒤 정상 청력을 가진 사 람들에 비해 인지력이 24% 더 감소했다.
같은 연구팀이 앞서 2011년 건강한 639명의 대상자들의 뇌 건강 상태를 12∼18년에 걸쳐 추적 관찰한 결과 난청을 가진 대상자들의 치매 발병률은 정상인보다 높았고, 특히 대화에 지장을 가질 정도의 중증 난청을 가진 대상은 3배 이상의 치매 발병 률을 보였다. 다행히 최근 이비인후과학회지에 실린 프랑스의 한 연구논문은 65∼85세의 난청 대상자들이 1년간 난 청 치료와 청각재활훈련을 통해 감소된 인지력을 회복한 사실을 확인했다.
의사들은 난청이 인지력 감소를 초래하는 것은 인정하고 있지만 치매가 의심되는 환자를 처음 대할 때 아직은 난청 을 우선적으로 고려하지는 않는 실정이다. 이는 중요한 치료의 기회를 간과한다고 볼 수도 있다. 시중에 판매되고 있 는 약물보다 청력 개선이 인지력 회복에 2배의 효과를 본다는 일부 연구자들의 발표도 나와 있다.
노인성 난청의 청력 개선 방법으로는 보청기를 사용하는 것이 주된 방법이다. 보청기 사용은 무엇보다 청력을 개선 시켜 더 잘 들리게 하는 것이 목적인데, 이를 위해서는 보청기를 단순히 구매해서 사용하는 제품으로만 인식해서는 안 된다. 난청에 대한 원인과 현재 난청의 상태 및 그 특징에 대해 정확한 이해가 필요하며, 이에 합당한 보청기 처방
몸으로 듣는다(고막)
S T E A
소리를 듣기 위해 귀를 구성하는 구조들에 대해 알 수 있으며, 이 중 고막의 특징과 역할에 대해 이해 한다.
고막의 특징을 모방한 생활 속 물건을 설계할 수 있다.
출처: http://say2you.tistory.com/1747, “골전도 이어폰 블로그”
골전도 이어폰을 직접 관찰해보고 어떤 원리로 소리(음악)가 들리는지 찾아봅시다.
골전도 이어폰의 장점과 단점에 대해 적어봅시다.
생각해보기 귀 구멍에 넣지 않고 음악을 들을 수 있는 골전도 이어폰이 있습니다.
어떻게 음악이 들리는 걸까요?
점탄성의 성질을 이용하여 스피커의 음악소리의 반응을 살펴봅시다.
[준비물]
녹말가루, 물, 투명랩, 스피커
소리란 무엇이며 우리는 어떻게 소리를 들을 수 있을까?
귀의 구조 모형을 관찰하여 소리가 전달되는 과정을 살펴봅시다.
다음의 도안을 따라 귀의 모형을 만들어보고 관찰하여 소리가 전달되는 과정을 살펴봅시다.
(동영상 참고: https://www.youtube.com/watch?v=u9mu_q_wpqg)
활동 1 귀와 소리
2016 융합인재교육(STEAM) 프로그램 [고등-학생용]
사람의 귀는 크게 외이, 중이, 내이의 세 부분으로 나눌 수 있습니다.
소리의 진동은 귓바퀴에서 모여져서 외이도를 따라 고막에 전달됩니 다. 귓바퀴는 소리의 방향감을 살려주며 고주파 음에 대해서 1차적인 증폭을 시켜주는 기능을 가집니다. 외이도는 한쪽이 고막에 의해 막힌 일종의 공명관 형태이며 말소리를 이해하는데 상대적으로 중요한 영 역인 2-3KHz의 소리를 추가적으로 증폭시키는 역할을 합니다.
고막(Tympanic membrane, Eardrum)은 아주 얇지만 탄력이 뛰어난 막이며 외이도를 통해 들어온 소리에 의해 진 동합니다. 고막은 공기 입자의 아주 미세한 진동까지도 감지할 수 있습니다. 고막의 뒤에는 세 이소골 - 망치뼈 (Malleus), 모루뼈(Incus), 고리뼈(Stapes)가 차례로 붙어 있어서 고막의 진동을 내이로 전달하는데 이때 세 이소골의 길이차에 의한 지렛대 효과, 고막과 고리뼈 족판(Footplate)의 면적비 등에 의해 소리를 증폭시킵니다. 중이의 다른 기관으로 유스타키오관(Ustachin Tube)이 있는데 중이와 외이의 압력을 같게 유지시켜 고막의 운동성을 높여주고 중 이강의 환기와 배설을 맡습니다. 유스타키오관은 평소에는 닫혀 있으며 하품을 하거나 침을 삼킬 때 열려 외부의 공 기를 중이강으로 들어오게 하는데 유스타키오관의 개폐가 잘 이루어지지 않으면 중이 내에 염증등이 발생합니다.
인체에서 제일 작은 뼈인 고리뼈(Stapes)는 달팽이관(Cochlea)의 난 원창(Oval window)에 접해 있습니다. 이소골의 진동이 고리뼈의 족판 (Footplate)을 통해 달팽이관에 전달되면 달팽이관 내부의 림프액(Lymph) 이 움직입니다.
달팽이관은 긴 관이 두바퀴 반으로 말려있는 형태로 이 관을 길게 펼쳐보면 고음(High frequency sound)은 달팽 이관의 하부(Base)쪽에 저음(Low frequency sound)은 상부(Apex)쪽에 관계됩니다. 달팽이관의 내부는 3층(Scale vestibuli, Scala media, Scala tympani)으로 나뉘어 있으며 림프액으로 채워져 있습니다. 소리에너지는 하부에서 상부 쪽으로 이동하고 에너지의 이동에 따른 림프액의 움직임에 의해 가운데층(Scala media)이 진동합니다.
달팽이관의 가운데 층(Scala media)에 있는 수천개의 미세한 유모세포(Hair cell)들이 림프액의 진동을 감지하여 그 자극을 전기적 신호로 바꾸어 청신경을 통해 뇌로 전달하면 우리가 실제로 ‘소리’를 들을 수 있는 것입니다.
유모세포는 세줄의 긴 외유모세포(Outer Hair Cell)와 한줄의 짧은 내유모세포(Inner Hair Cell)로 구성되며 그 중 내유 모세포만이 청신경을 통해 뇌로 메세지를 보낼 수 있습니다. 내유모세포 혼자서는 큰소리만 들을 수 있으며 작은 소 리는 외유모세포의 도움으로 크게 증폭되어야만 감지할 수 있습니다.
이런 방식으로 두 형태의 유모세포들이 함께 작용하여 작은 소리에서부터 큰 소리까지 모든 음을 들을 수 있는 것입 니다.
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스프링이 움직이는 소리는 어떻게 들릴까요? 스프링 끝에 공예철사를 귀에 걸 수 있도록 연결하고 스프링을 땅으로 떨어뜨려 움직이게하면 어떠한 소리가 들리나요?
스프링의 입구부분에 커피 종이컵을 끼워넣고 스프링을 땅으로 떨어뜨려 소리를 들어봅시다. 어떠한가요?
공예철사를 귀에 걸 때와 커피 종이컵을 끼울 때 각각 어디로 소리가 들리는 것 같나요?
활동 2 어디로 듣는 걸까?
<고막의 구조와 천공된 고막>출처: http://www.kormedi.com/dictionary/Medical/View.aspx?idx=4798
고막 천공
고막은 외이도의 가장 안쪽에 있는 직경 약 9 mm, 두께 0.1 mm의 얇은 타원형 막으로, 중이에 대한 방어벽이 되고 음파 를 진동시켜 이소골에 소리를 전달하는 역할을 한다. 이런 고 막에 천공이 생기면 통증, 출혈, 청력저하, 이명 그리고 어지 러움을 일으킬 수 있다.
내이 손상이 동반 되면 어지러움이 나타날 수 있고, 중이에 물이 들어갈 경우에는 24시간에서 48시간 내에 화농성이 발 생할 수도 있다. 중이의 감염은 통증과 청력 감소, 자연적인 고막파열을 일으킬 수 있다. 이런 상황에서는 귀에서 진물이 나 혈성분비물이 있을 수 있다. 이런 경우에 의학적 용어로 파열성 중이염이라고 한다. 고막이 천공되면 흔히 청력이 저 하되나, 그 정도는 여러 가지 요소들에 의하여 다를 수 있다.
보통 천공이 크면 클수록 청력이 심하게 감소된다.
생각해보기 고막이 없으면 어떻게 될까요?
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종이컵 스피커를 만들어보자.
(출처: http://www.meistergo.or.kr/class/cls_4.html)
(출처: http://www.10x10.co.kr/play/groungsub/iframe_56626.asp)
활동 3 나만의 종이컵 스피커 만들기
종이컵 스피커의 원리는 무엇인가요?
몸으로 듣는다(달팽이관)
S T E A
소리를 듣기 위해 귀를 구성하는 구조들에 대해 알 수 있으며, 특히 달팽이관의 특징과 역할에 대해 이 해한다.
소리와 음파(파동)에 대해 설명할 수 있다.
귀의 구조의 특징을 부각한 생활 속 물건을 설계할 수 있다.
달팽이관의 모양을 그려보고 특징을 적어봅시다. 달팽이관의 특이한 모양이 소리를 듣는데 어떠한 영향을 미치는지 생각해보고 찾아봅시다.
생각해보기 달팽이관의 모양은 왜 다음과 같을까요? 소리를 듣는데 어떠한 영향을 줄까요?
원리 1
원리 1
난원창과 정원창
우리 귀에는 음파가 지나는 창문이 있습니다. 외이도를 타고 들어온 소리는 압력이라는 형태로 공기에 실려 고막을 거쳐 중이의 작은 동굴로 들어옵니다. 여기에 소리가 머물기만 한다면 소리는 결국 그곳에서 갇혀 더 나아갈 수도 의미를 만들 수도 없이 소멸되고 말 것입니다. 소리를 받 아 주 고 들 여 보 내 주 는 창 들 이 없다면 말이죠. “난원창’과 ‘정원창’
막의 일종인 이것을 창이라는 이름으로 부르는 것은 그 역할에 대해 강조하는 남다른 이름입니다.
우 리 의 몸 의 소 리 를 전 달 하 는 과정은 귀바퀴-외이도-중이(이소골, 고실)-내이(코르티기관)-청신경- 뇌입니다. 음파는 공기를 매개로 외이를 통해 음향에너지(acoustic e n e r g y ) 로 전 달 되 고 , 다 음 은 중 이 의 이 소 골 ( o s s i c l e s ) 에 서 는 기계에너지(mechanical energy)로 난원창을 통해 내이로 들어갑니다.
내이에 들어 온 음파는 림프라는
액체의 파동을 따라 소리를 전달하는데 이때 소리는 유체에너지(hydrodynamic energy)로 전달됩니다. 내림프의 움직임에 의해 코르티기관(organ of Corti)에 들어있는 내유모세포(inner hair cell)와 외유모세포(outer haircell)들에 의해 다시 전기에너지(electric energy))로 변환하여 소리정보를 중추로 보내는 것입니다. 소리의 에너지 변환은 참으로 신기합니다.
소리는 외이와 중이를 거쳐 달걀모양의 난원창(oval window)을 통해 내이(inner ear)로 들어갑니다. 난원창을 통해 들어간 음파는 외림프액(perilymph)으로 차여 있는 전정계(scala vestibuli)에 파동을 일으킵니다. 이것이 움직이면 그 아래 있는 라이즈너막(Raissner membrane)이 움직이고 그 경계에 있는 중간계의 내림프액(endolymph)도 움직이게 됩니다. 다시 중간계(scala media) 바닥에 있는 기저막(basilar membrane)이 움직이면 그 아래에 있는 고실계(scala tympani)의 외림프액도
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소리를 눈으로 볼 수 있는 장치를 만들어보자.
▷ 준비물 : 투명컵, 레이저 포인터, 플라스틱 거울, 각도조절 받침대(상/하), 풍선, 양면테이프①,②, 빨대, 절연테이프, 가위, 자
▷ 제작 과정
활동 1 눈으로 소리 보기
소리가 어떻게 보이나요? 한 번 그려봅시다.
왜 이렇게 소리가 보이는 걸까요? 원리에 대해 적어봅시다.
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<난청의 종류>
출처: http://health.mw.go.kr/HealthInfoArea/HealthInfo/View.do?idx=3460
난청
소아 청각장애란 유, 소아에서 청각 이상을 호소하는 모든 질환 또는 증상 자체를 말합니다. 청각장애라고 하면 귀를 통 해 정상적으로 소리를 듣는 기능에 문제가 발생하는 것으로 소리를 제대로 듣지 못하는 난청 외에도 귀에서 정상적으로 는 들리지 않아야 하는 불쾌한 잡음이 들리는 이명도 청각장애에 포함됩니다. 하지만 일반적으로 소아 청각장애라 하면 유, 소아 난청을 이야기하는 것으로 생각하면 됩니다.
난청이란 전음성 난청, 감각신경성 난청, 혼합성 난청으로 분류하고, 발생 시기에 따라 선천성, 후천성 난청으로 분류합니 다. 전음성 난청은 외이, 고막, 중이 등 소리를 전달해주는 기관에 문제가 생겨 음파가 정상적으로 전달되지 않아 발생하 는 난청이며, 감각신경성 난청은 달팽이관에 전달된 소리를 뇌로 전달하는 청신경이나 중추신경에 문제가 생겨 발생하는 난청입니다. 유, 소아의 경우 의사 표현력이 떨어지기 때문에 외관상 이상이 없는 경우 난청이 방치되거나 뒤늦게 발견되 는 경우가 많습니다. 특히 언어 발달이 완전히 이루어지기 전에 발생한 난청의 경우, 소리 자극의 감소나 소실이 중추 청 각신경로의 발달과 성숙을 저해할 수 있습니다. 따라서 언어 발달이 불가능해지거나 지연되면서 발달과 학습에 장애를 가져올 수 있고 사회생활을 정상적으로 하는데 문제가 발생할 수 있습니다. 또한 난청을 발견하였더라도 이를 교정하는 것이 어려워질 수 있습니다
.
난청이 발생하는 원인에 대해 찾아 적어보자.
생각해보기 달팽이관에 문제가 생기면 어떻게 될까요? 원리 2
원리 2
인공와우 장치의 원리를 찾아보자
달팽이관의 원리를 알아보자.
달팽이관 내부에는 영역별로 자신이 맡은 담당 주 파수가 있습니다. 들려지는 주파수에 맞게 해당 영 역에서 반응을 하게 됩니다. 약 2.5바퀴 말려있는 달팽이관을 따라 보면 안쪽으로 갈수록 저주파수 소리를, 앞쪽으로 갈수록 고주파수를 담당합니다.
(참고: http://myaudiologist.kr/361 http://blog.daum.net/ilove_ear/106)
달팽이관 길이에 따른 주파수 특성 변화는 그림에서 보여 주듯이 달라진다. 즉 기저막의 기저부에서부터 첨부로 옮 겨 갈수록 고유 특성 주파수가 급격하게 낮아진다. 사람의 가청 주파수 영역은 20Hz~20000Hz이며 외부 순음에 대 해 달팽이관 기저부는 순음 주파수에 해당하는 공진영역 에서 주로 진동하게 된다. 만약 기저부 어떤 부위에 이상 이 생겨 그 부위에 해당하는 순음에 대한 진동이 저하되거 나 상실되면 이는 청각장애로 나타나며 그 순음에 대한 청 력 역치를 증가시킨다. 이와 같이 귀는 고유 특성 주파수 의 분해도(Resolution)가 높으므로 100Hz만 달라져도 소리 를 분별(Discremination) 할 수 있는 것이다.
그런데 이 달팽이관 안에는 청신경 세포가 들어있 다. 이 청신경 세포의 사멸정도와 사멸 영역에 따라 서 난청(청력손실)이 발생하게 되고 청신경 세포의
(출처: http://acoust.koreasme.com/ko/sub03.html)
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인공와우
인공와우는 양측 귀에 난청이 발생한 환자가 보청기를 착용하여도 도움을 받지 못할 때, 달팽이관에 이식하는 방 법이다. 인공와우는 달팽이관 내에 남아있는 나선신경절세포나 말초 청신경을 직접 전기적으로 자극하여 대뇌 청 각중추에서 소리를 인지하도록 한다. (출처: 인천보청기)
인공와우는 귀 뒤쪽을 열어 수용기/자극기를 관자뼈 밑에 잘 위치시키고 전극을 삽입합니다.
전기적 신호로 와우(달팽이관) 내의 신경 조직을 직접 자극합니다. 이 신호는 청신경을 자극하여 뇌로 전송 되며, 뇌에서는 이 신호를 소리로 해석합니다.
인공와우는 일상의 소리를 디지털 부호화된 전기 신호로 변환합니다. 이 전기 신호는 내부의 전극선을 통하여 와 우관(달팽이관)의 신경 조직(청신경)을 직접 자극합니다.
청신경은 이 신호를 뇌에 전송하고 뇌에서는 이 신호를 소리로 해석합니다.
1. 소리가 외부 음향 처리기의 마이크에 의해 포착
2. 음향 처리기는 소리를 분석하여 디지털 방식으로 부화화함 3. 이 정보는 코일을 통하여 머리 속의 내부 임플란트로 전송 4. 임플란트는 디지털 부호를 전기 신호로 변환하여 와우관의 전
극선으로 전달
5. 전극선은 청신경을 직접 자극하여 뇌에서는 전기 신호를 소리 로 인식
골전도 스피커를 만들어봅시다.
▷ 준비물
: 빨대, 나무막대, 네오듐 자석, 에나멜선, 스피커 줄, 전선캡, 테이프, 가위 사포▷ 제작 과정
① 테이프 위에 붙인 네오듐 자석 위로 빨대 끼워 테이프로 감싸기
② 네오듐 자석쪽 빨대 끝에 에나멜선 50~60번 감기
③ 에나멜 선 양 끝을 사포로 문질러 피복 벗기기(※꼼꼼하게 문질러서 벗기기)
④ 스피커 줄 끝부분 피복 벗기고 3개 전선 2개로 만들기: 빨간 전선+구리서, 흰전선
⑤ 에나멜선과 스피커 줄 연결 후 전선캡 씌우기: 빨간전선+구리선+에나멜선, 흰전선+에나멜선
⑥ 빨대에 나무막대 끼우기: 뾰족한 부분이 위를 향하게 끼우기
⑦ 스피커 줄을 휴대폰에 끼우고 휴대폰에 있는 음악 틀기(※소리가 크고 비트가 강한 음악)
⑧ 나무막대를 입에 물고 귀를 막아보세요(※나무막대는 이 끝으로 살짝 물기)
활동 2 골전도 스피커 만들기
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이어폰을 꽂지 않고도 소리를 들을 수 있는 이유는 무엇인가요?
대구경북과학기술원(DGIST), 마찰전기 원리 이용한 ‘인공기저막’ 발표
차세대 ‘인공와우’ 원천기술 개발
국내 연구진이 고성능 ‘인공와우’를 개발할 수 있는 원천기술을 새롭게 개발했다. 인공와우는 청각장애인의 귀 속에 이식하는 인공 달팽이관이다.
최홍수 대구경북과학기술원(DGIST) 로봇공학전공 교수팀은 마찰전기 발생 원리를 이용한 ‘인공기저막’을 세 계 최초로 개발했다고 13일 밝혔다.
연구진은 폴리아미드와 알루미늄 필름을 덧대 새로운 필름을 개발했다. 이 필름을 이용해 실험한 결과 달팽 이관이 갖고 있는 주파수 분리 기능을 흉내 내는 데 성공했다. 또 사람의 음성 영역에 해당하는 4kHz(킬로헤 르츠) 이하의 음향 자극에 반응해 전기신호를 생성했다. 사람 목소리만 분리해 청각신경에 적용하는 일이 가 능해진 셈이다. 기존 인공와우는 가청주파수 외 신호까지 잡아내 잡음이나 이명의 원인이 됐다.
연구진은 이 인공기저막을 이용해 실험용 인공와우를 제작하고 기니피그(쥐를 닮은 실험동물)를 이용해 실험 을 진행한 결과 실제로 청력 복원기능이 있다는 사실을 확인했다.
생활 속 이야기
들을 수 있게 도와줘!
S T E A
소리를 듣기 위해 귀의 구조들의 기능을 부각하여 설계한 장치를 제작할 수 있다.발표를 통해 자신의 아이디어를 공유하고 다른 모둠의 아이디어를 평가할 수 있다.
메이키 메이키(MakeyMakey)를 이용하여 전자 피아노를 만들 수 있다. 아두이노 기반의 메이키 메이키는 전기가 통하는 사 물을 키보드, 마우스로 만들어주는 보드(Board) 입니다. 네모난 회로기판 위에 저항, 헤더, IC, USB단자 등 여러가지 소자들 이 연결되어 각자의 역할을 수행함으로써 작동하게 됩니다.
메이키 메이키는 전류를 통하게 함으로써 데이트를 전송하는 원리로 전도성이 있는 물체와의 연결만으로 음향, 동작 등을 경험할 수 있습니다.
준비해보기 메이키 메이키로 만든 피아노
메이키메이키를 이용하여 조이스틱을 만들고 조이스틱을 이용한 프로그램을 실행시켜봅시다.
<메이키메이키 구성품>
[메이키메이키보드(MakeyMakey Board) 앞모습] [메이키메이키보드(MakeyMakey Board) 뒷모습]
분홍색: 컴퓨터와 연결되는 mini-b USB 전원단자입니다.
하늘색: 키보드의 W, A, S, D, F, G를 조작할 수 있는 핀입 니다. 조작키는 프로그래밍을 통하여 변경 할 수 있으며, Page를 참고해 주시기 바랍니다.
초록색: 마우스의 상, 하, 좌, 우 방향키와 좌, 우 클릭을 조 작할 수 있는 핀입니다.
빨간색: 출력(OUTPUT) 핀 입니다. 5V, GND, RST와 D14~D16(확장핀) 이용이 가능합니다.
검정색: 접점(GND) 핀입니다. 이곳에 연결된 사물만이 키
좌측의 Left, Up, Right, Down는 키보드의 방향키를 조작할 수 있는 연결단자이며, 우측의 Space, Click는 키보드의 스페이스바와 마우스의 좌 클릭을 조작할 수 있는 연결단 자입니다. 아래의 Earth (Ground) Bar는 접점(GND)를 조작 할 수 있습니다.
체험해보기 메이키메이키를 활용한 활동 체험해보기
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SETUP
1단계) Plug in USB
USB 전원케이블을 이용하여 메이키메이키 보드와 컴퓨터 를 연결해줍니다.
2단계) Close Popup Window
컴퓨터에 드라이버 설치 혹은 설정 변경을 요구할 수 있 습니다. 취소를 클릭하거나 창을 닫아줍니다.
3단계) Connect to Earth
악어클립 혹은 점퍼케이블을 사용하여 메이키메이키 하단 부의 “Earth(접점)” 핀에 연결해줍니다.
4단계) Connect to Yourself
접지핀에 연결된 악어클립의 반대쪽 단자를 자신의 신체 부위에 연결해주세요.
5단계) Connect to “Space” and Try It
악어클립과 Space를 연결한 후 양손으로 그림과 같이 악 어클립을 잡아보세요. 그렇다면 컴퓨터는 스페이스바를 인식하게 될 것입니다.
전도성을 띈다면 무엇이든 재료로 사용할 수 있습니다. 여 러 가지 재료를 사용하여 아이디어를 구현해보세요.
메이키메이키를 이용하여 모둠별로 가능한 활동을 고안하여 만들어봅시다.
● 젤리를 이용하여 게임 컨트롤러 만들기
- 준비물 : 메이키메이키, 젤리, PC게임, PC
- 젤리를 이용하여 PC게임 컨트롤러를 만들어보고 실행시 켜보자.
● 흑연(연필심)을 이용하여 키패드 만들기
- 준비물 : 메이키메이키, 연필(흑연), PC 프로그램 또는 게 임, PC
- 전류가 흐르는 흑연의 성질을 이용하여 이와 관련된 PC 프로그램 또는 게임을 찾아 연결하여 작동시켜보자.
● 내가 만든 하프로 연주하기
- 준비물 : 메이키메이키, 제작한 하프, PC 프로그램, PC - 전류가 흐르는 성질을 이용하여 하프를 제작하고 이를
PC에 연결하여 하프에 소리가 나도록 작동시켜보자.
● 내가 만든 기타로 연주하기
- 준비물 : 메이키메이키, 제작한 기타, PC 프로그램, PC - 전류가 흐르는 성질을 이용하여 기타를 제작하고 이를 PC
에 연결하여 기타에 소리가 나도록 작동시켜보자.
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안 들린다면 어떤 기능이 발달(보강)되어야 할까요? 메이키 메이키를 이용하여 청각장애인 생활 용품을 설계해 봅시다.
● 장치명 :
● 목 적 :
● 준비물 :
● 제작과정
만들어보기 메이키 메이키를 활용한 청각장애인 생활 용품 설계하기
■ 특징:
■ 장점:
■ 개선점:
발표해보기 제작한 장치를 발표해 봅시다.
평가해보기 다른 모둠이 제작한 장치를 평가해 봅시다.
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생활 속 이야기
유모세포 모방한 차세대 인공와우 개발
[한국판 新 600만불 사나이 ①]
청각장애 없앨 ‘인공와우’
소리를 듣는다는 건 매우 경이로운 작업이다. 사람이 소리를 듣기 위해서는 몇 단계의 복잡한 과정을 거쳐야 하기 때문이다.
소리는 귀 고막 바깥족 공간인 ‘외이도’를 통해 먼저 사람의 몸에 들어온다. 이 소리는 고막과 이소골이라는 귓속뼈를 진동시킨다. 이런 진동은 다시 달팽이관(와우) 내의 림프액의 움직임을 만든다. 림프액의 진동은 약 1만5000개의 유모세포를 자극해 이 신호를 생체 전기신호로 변환한다. 이런 전기신호가 뇌에 전달돼야 비로 소 사람이 소리를 들을 수 있다. 이런 복잡한 체제 중 한 곳만 잘못되면 사람은 청력을 잃을 수 있다.
물론 현대과학과 의학이 발달하면서 많은 치료 방법이 개발됐다. 중이에 있는 고막, 이소골에 손상이 생기거 나 다른 질환이 생길 경우 흔히 쓰는 것이 보청기다. 청력이 약해진 만큼 충분히 더 강한 진동수를 만들어 주 면 사람은 소리를 들을 수 있다. 하지만 유모세포가 손상될 경우 뚜렷한 방법이 없는데, 청신경을 통해 뇌로 전달되는 생체 전기신호를 만들지 못하기 때문이다.
불행히도 사람을 포함한 포유류에서 유모세포는 한 번 손상되면 재생되지 않는다. 국내에서만 연간 수백 명 에 달하는 신생아가 유모세포 기능이 떨어지는 ‘고도 청각장애’를 지니고 태어난다. 사고나 질환 등으로 유모 세포 기능을 잃는 사람들을 포함하면 국내 난청 환자 비율은 인구 1000명당 0.4% 정도이지만 이마저도 증가 추세다. 100명 중 4명 이상이 귀가 잘 들리지 않는 셈이다.
●청각신호 되살려 주는 ‘인공와우’ 기술
와우가 손상되면 결국 ‘인공와우’ 장치를 이식해야 한다. 인공와우는 손상된 유모세포를 대체해 달팽이관 내 에 전기신호를 보내주는 장치다. 다행히 이 장치는 이미 상용화 돼 있다. 영화 ‘600만불의 사나이’에 등장하 는 여성 초능력자 소머즈도 이런 장치를 이용해 초인적인 청각을 얻는 것으로 묘사된다. 수십 년 전 TV외화 시리즈가 현대에는 당연한 기술로 발전한 셈이다.
물론 아직 인공와우 기술이 완전하지는 않다. 현재는 16~22개의 채널로 이뤄진 전극을 삽입해 청신경을 전 기적으로 직접 자극함으로써 청력을 회복시키는데, 보통 음성을 수집하고 분석하는, 라디오 크기 만한 체외 음성처리창치를 가지고 다녀야 한다.
또 이렇게 분석된 정보에 따라 전기 펄스를 생성하는 체내 임플란트 장치도 필요하다. 체내 장치는 무선통신 을 이용해 체외기로부터 데이터와 전력을 전달 받는다. 체내 장치의 최종 출력은 달팽이관 안에 삽입된 다채 널 전극이다. 이 전극은 입력된 소리의 주파수별 정보에 따라 각 채널에 전달되는 전기펄스를 생성한다. 이런 장치를 모두 붙이고 다니다 보니 상당히 거추장스럽고 전원 관리 등에도 신경을 써야 한다.
정밀도 역시 사람의 청각에 비해 떨어질 수밖에 없다. 1만5000개의 유모세포를 겨우 16~22개의 전극으로 대 신하기 때문이다. 하지만 재활 훈련을 충분히 거치면 예민한 음감을 느끼긴 다소 무리지만 일상생활에 필요 한 소리는 평균적으로 약 80%의 놀라운 인지 성능을 보인다.
인공와우 장치는 선진국의 경우 1970년대부터 개발이 시작됐다. 1985년 미국 식품의약국(FDA)의 허가를 획 득해 1990년대부터는 제품화에 성공했다. 현재 세계 인공와우 시장을 선도하는 나라는 호주, 미국, 오스트리 아 등이다. 특히 호주의 코츨리어(Cochlear)사는 전세계 인공와우 시장의 약 60%를 점유하고 있다.
전 세계적으로 인공와우 장치를 이식한 환자의 수는 2012년 기준 30만 명을 넘어섰다. 하지만 인공와우 이식 수술은 제품의 가격, 수술, 이식 후 치료에 이르기까지 수천 만 원의 비용이 소요되기 때문에 전세계의 많은 이식 대상자들 중 극히 일부만이 장치의 혜택을 누리고 있다.
●아직도 진화하고 있는 인공와우
그러나 아직도 인공와우의 발전은 현재진행형이다. 먼저 인공와우를 양쪽 귀에 착용한 사람이 소리의 방향성 을 개선하고, 보청기와 인공와우를 동시에 사용해 저주파 대역의 잔존 청력 활용의 극대화 등도 개발돼 최근 에 많이 사용되고 있다. 제품을 좀더 작게 만들고, 좀더 자연스러운 소리를 들을 수 있도록 꾸준한 연구가 진 행되고 있는 것이다.
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우리나라는 인공와우 장치 전량을 해외 수입에 의존해 왔으나, 서울대와 뉴로바이오시스의 산학협력을 통해 값싸고 성능이 뛰어난 국내 최초의 다채널 인공와우를 개발한 바 있다. 국산 제품으로 인공와우 이식을 할 수 있게 된 것이다.
특히 인공와우용 미세 전극 개발 기술, 밀봉 패키지 기술, 집적회로 및 시스템 설계, 프로그래밍 기술, 무선통 신 및 전력전달 기술 등은 순수 국내 기술로 개발했다. 이 과정에서 10여 건의 국내 및 해외 관련 특허도 출 원했다. 이 기술을 이용해 안전성을 확인받고 상용화에 성공한 바 있다. 다만 현재는 사업주체의 경영난으로 인해 더 이상 제품이 생산되지 않고 있다.
●한국형 인공와우 미래 시장 이끈다
그럼에도 불구하고 국산 인공와우 기술은 계속 한 단 계씩 향상되고 있다. 서울대는 반도체 미세 공정을 이 용한 폴리머 기반의 초저가 인공와우 장치를 개발하 고 있다. 혁신적인 단가 인하가 가능한 폴리머 기반의 인공와우 장치는 현재 프로토타입이 완성된 상태이며, 전극 및 시스템 패키지 공정 최적화 작업 및 개발, 생 체 조직내의 안전성, 기능성, 신뢰성 테스트
등을 수행하고 있다.
개발이 꾸준히 이뤄진다면 약 10년 뒤에는 초저가 인 공와우 제품이 생산될 수 있어 많은 개발도상국 국민 또는 선진국의 경제적인 어려움을 갖는 인공와우 이식 대상자들이 혜택을 볼 수 있을 것으로 기대한다.
최근에는 외부 배터리가 필요없는 미래형 인공와우 기술도 국내 기술진이 개발했다. 한국기계연구원과 서울 대 등이 공동 개발한 것으로, 인공와우의 핵심소자인 ‘생체모사 무전원인공기저막 소자’를 개발한 것이다.
이 소자를 이용해 인공와우를 제작하면 기존 인공와우처럼 귀 외부에 구멍을 뚫고 소형 마이크를 이식할 필 요가 없어지며, 별도의 배터리를 연결할 필요도 없어 삶의 질이 훨씬 높아질 것으로 기대된다. 배터리와 마이 크가 필요 없는 인공와우 소자를 개발한 건 이번이 세계적으로도 처음이다.
이 소자는 초소형 전자부품을 사용해 와우 속에서 소리의 높낮이를 분리해 주는 유모세포의 기능을 모방했 다. 압전소자(소리의 압력을 전기신호로 바꾸는 전자소자)를 이용해 전기신호로 청각신경을 자극할 수 있 도록 만들었다. 이를 통해 기존 인공와우와 달리 음의 높낮이에 따라 다양한 소리를 들을 수 있게 된 셈 이다. 이 연구성과는 재료 분야의 세계적인 저널인 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)’ 11월호 표지 논문으로 실렸다.
우리나라는 초저가 인공와우뿐만 아니라 인공기저막을 활용한 완전이식형 인공와우 등 차세대 인공와우 기 술을 선도해 나가고 있다. 우리나라 기술이 전 세계 청각장애인들의 재활에 큰 도움이 되길 기대해 본다.
