DGIST, 고통 느낄 수 있는 전자 피부기술 개발

▲ DGIST 정보통신융합전공 장재은 교수(좌), 심민경 석박사통합과정학생(우)

DGIST 정보통신융합전공 장재은 교수팀이 사람처럼 바늘에 찔리거나, 뜨거운 물체로부터 고통을 느끼는 전자피부 기술을 개발했다고 21일 밝혔다. 이번 연구결과는 향후 휴머노이드 로봇개발과 의수착용 환자에게 적용될 것으로 기대된다.

인간의 오감을 모방하려는 시도는, 카메라와 TV 등 매우 획기적인 전자기기의 개발을 이루었고, 인간의 삶을 획기적으로 변화시킨 발명으로 평가된다. 따라서 많은 과학자들은 오감 중에 남아 있는 영역인 촉각, 후각, 미각을 모방하려는 연구를 지속적으로 수행중이며, 여러 가지 기술적인 이유로 촉각이 다음 모방 기술이 될 것으로 예측하고 있다. 

현재 대부분의 촉각 센서 연구는 로봇이 물체를 잡는데 사용되는 압력을 측정하는 물리적인 모방기술에 집중하고 있으며, 사람이 촉각으로부터 느끼는 부드러움 또는 거칠기 같은 정신감각적인 촉각 연구는 아직 미진하다.

장재은 교수팀은 DGIST 뇌·인지과학전공 문제일 교수팀, 정보통신융합전공 최지웅 교수팀, 로봇공학전공 최홍수 교수팀과의 공동 연구를 통해 사람처럼 고통과 온도를 느낄 수 있는 촉각 센서를 개발했다. 주요 장점은 센서의 구조를 단순화하여 압력과 온도를 동시에 측정할 수 있다는 것과, 센서의 측정 원리와 상관없이 다양한 촉각 시스템에 적용 가능하다는 것이다. 

이를 위해 연구팀은 산화아연 나노와이어(ZnO Nanowire)기술에 집중했다. 산화아연 나노와이어는 압력을 감지하여 전기신호를 발생시키는 압전 효과 덕분에 배터리가 필요 없는 자가 발전형 촉각 센서로 적용됐다. 또한 제벡 효과(Seebeck effect)를 이용한 온도 센서가 동시에 적용돼, 하나의 센서로 두 가지 일을 하는 구조로 만들었다.

연구팀은 폴리이미드 유연 기판에 전극을 배열한 후 산화아연 나노와이어를 접목시켰고, 압전 신호 및 온도에 의한 제벡 효과를 동시에 측정이 가능했다. 더불어 압력의 크기와 온도를 고려한 고통 신호 발생 여부를 판단하는 신호처리 기법 개발도 성공했다.

장재은 교수는 “미래형 촉각 센서 개발에서 필수적인 고통 감지를 효과적으로 구현할 수 있는 핵심기반기술을 개발했다. 이는 나노공학, 전자공학, 로봇공학, 뇌과학 분야 전문가들의 융합 연구 결과로 다양한 감각을 느끼는 전자 피부 및 새로운 인간-기계 상호작용 연구에 적극 활용할 수 있을 것으로 기대된다”며, “AI분야가 발전할수록 위험 요소 중 하나는 로봇의 공격적 성향 제어 여부인데, 로봇도 고통을 느낄 수 있다면 공격성향을 제어할 수 있는 기술로 확장될 것”이라고 말했다. 

이번 연구는 정보통신융합전공 심민경 석박사통합과정 학생이 제1저자로 참여했으며, 국제학술지인 '소프트 로보틱스(Soft Robotics)' 온라인판에 게재됐다.