수술 돌발상황도 AI가 스스로 대처…"의사 없는 로봇 수술 시대 임박"

존스홉킨스, LLM 기반 음성 제어 자율 수술 시스템 개발 인공지능 기반 로봇, 사람의 개입 없이 담낭 제거 수술 8건 완수 챗GPT 계열 모델·다빈치 시스템 결합한 혁신 연구

AI 기반 로봇이 사람의 개입 없이 자율적으로 담낭 제거 수술을 성공적으로 수행하며, 자율 수술 시대의 현실화를 앞당겼다. © DALL.E

AI 기술이 수술실까지 진입하며 의료 패러다임을 바꾸고 있다. 미국 존스홉킨스대학교 연구진은 최근 인공지능(AI)과 음성 인식 기능을 탑재한 수술 로봇이 사람의 개입 없이 복잡한 담낭 제거 수술을 완전히 자율적으로 수행하는 데 성공했다고 밝혔다.

이번 성과는 단순히 특정 작업만 수행하던 기존 수술 로봇에서 한 단계 도약해, '수술이라는 절차' 자체를 이해하고 완수할 수 있는 자율적 시스템이 가능하다는 것을 보여준 점에서 주목받고 있다.

연구진은 실제 사람의 수술 장면이 아닌, 돼지 사체에 대해 수술을 진행한 영상 자료와 해당 장면을 설명하는 캡션을 로봇에게 학습시켰다. 로봇은 이러한 데이터를 바탕으로 총 17단계로 이루어진 담낭 제거 수술을 8회에 걸쳐 시도했고, 모두 100% 정확도로 성공했다.

수술 과정에서는 예기치 못한 변수가 실험적으로 주어졌다. 예를 들어, 시야를 방해하는 염료가 투입되거나 기구 위치 설정 오류가 발생했지만, 로봇은 이를 실시간으로 인지하고 스스로 대처하며 수술을 완수했다. 이와 같은 반응성은 기존의 정해진 경로만 따라가던 로봇 수술 방식과는 확연히 다른 점이다.

프로젝트를 이끈 기계공학과 악셀 크리거(Axel Krieger) 부교수는 “이번 발전은 단순한 기계 조작을 넘어, 수술이라는 절차를 이해하고 유연하게 대처할 수 있는 진정한 자율 수술 시스템으로의 전환을 의미한다”고 평가했다.

이번에 사용된 로봇은 기존 Intuitive사의 다빈치 로봇 시스템 구버전을 기반으로 했으며, 상위계층에는 대형 언어 모델(LLM)을 활용한 계획 및 지시 생성 시스템이, 하위계층에는 실제 기기 조작을 담당하는 AI 알고리즘이 계층적으로 구성된 ‘하이어라키형 프레임워크’가 적용됐다.

특히 수술 중 연구팀의 음성 지시를 이해하고 반응할 수 있는 기능도 탑재되어 있었으며, 이 부분은 챗GPT와 유사한 구조의 언어 모델이 핵심 역할을 수행했다.

논문의 주저자인 김지웅(Ji Woong “Brian” Kim) 박사는 “이번 연구는 실제 임상 환경에서 자율 수술 로봇이 작동하기 위해 넘어야 할 주요 기술적 장벽들을 해결한 데 의미가 있다”며, “과거에는 멀게만 느껴졌던 자율 수술이 이제는 실현 가능한 기술로 다가오고 있다”고 밝혔다.

또한 연구진은 사람 수술 장면의 ‘숙련도’에 해당하는 요소도 로봇에게 단계적으로 학습시킬 수 있다는 가능성도 시사했다. 공동 저자이자 외과학 조교수인 제프 조플링(Jeff Jopling)은 “외과 레지던트가 수술의 일부를 따로 훈련하듯, 자율 수술 로봇도 모듈형 접근을 통해 점진적으로 발전할 수 있다”고 설명했다.

비록 로봇이 수술을 마치는 데에는 인간보다 시간이 오래 걸렸지만, 전체적으로 매끄러운 동작과 안정적인 결과가 관찰되었으며, 실험 결과는 전문 외과의 수준과 비교해도 손색이 없다는 평가다.

이번 연구 결과는 과학저널 '사이언스 로보틱스(Science Robotics)'에 게재되었으며, 자율 수술 시스템의 실질적 임상 적용 가능성에 한 걸음 더 다가간 계기로 주목받고 있다.