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고통 느끼는 전자피부 개발…찔림,뜨거움 등 구분


DGIST, 촉각 감지 유형 구분할 수 있는 센서 개발

[아이뉴스24 최상국 기자] 촉각 센서에 대한 다양한 접근이 이루어지고 있는 가운데 국내 연구진이 촉각으로 감지된 자극의 유형을 구분해, 찔림 또는 뜨거움에 따른 고통 신호를 발생시키는 촉각 시스템을 개발했다.

DGIST 정보통신융합전공 장재은 교수팀은 바늘에 찔리거나, 뜨거운 물체에 닿았을 때 사람처럼 고통을 느끼는 전자피부 기술을 개발했다고 21일 밝혔다. 휴머노이드 로봇개발과 의수착용환자에게 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

촉각의 고통신호 생성을 모방한 인공센서 및 신호처리 기반 인공 고통 신호 생성 모식도 [DGIST]
촉각의 고통신호 생성을 모방한 인공센서 및 신호처리 기반 인공 고통 신호 생성 모식도 [DGIST]

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.

연구팀은 측정된 자극의 유형을 판단하기 위해 신호처리 기술을 이용해 압력, 온도, 그리고 자극을 받은 센서의 면적을 계산하여 찔리는 고통 및 뜨거운 고통 신호를 발생시키는 시스템을 개발했다.

또 센서의 구조를 단순화하기 위해 산화아연 나노와이어(ZnO Nanowire)의 압전, 제벡효과(Seebeck effect : 상이한 금속을 접합하여 전기회로를 구성하고, 양쪽 접속점에 온도차가 있으면 회로에 열기전력이 발생하는 현상)를 이용해 압력과 온도를 동시에 측정할 수 있는 센서를 개발했다. 산화아연 나노와이어는 압력을 감지해 전기신호를 발생시키는 압전 효과 덕분에 배터리가 필요 없는 자가 발전형 촉각 센서로 적용됐다.

연구팀은 폴리이미드 유연 기판에 전극을 배열한 후 산화아연 나노와이어를 접목, 압전 신호 및 온도에 의한 제벡 효과를 동시에 측정하게 만들었다. 더불어 압력의 크기와 온도를 고려한 고통 신호 발생 여부를 판단하는 신호처리 기법 개발도 성공했다. 연구팀이 개발한 고통신호 처리 기술은 센서의 측정 메커니즘과 상관없이 적용될 수 있다.

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.

연구팀은 고통뿐만 아니라 거칠기, 부드럽기와 같은 촉각으로 느낄 수 있는 다양한 감각을 감지하기 위해 후속 연구를 진행 중이다. 특히 머신러닝 기술과의 융합 연구를 통해 사람처럼 느끼는 촉각 아바타 시스템을 개발하고, 3D 프린터로 제작한 인공 손가락에 센서를 장착해 다양한 촉각 감지를 위한 연구를 진행하고 있다.

이번 연구는 정보통신융합전공 심민경 석박사통합과정 학생이 제1저자로 참여했으며, 세계적 국제학술지인 소프트로보틱스(Soft Robotics) 온라인판에 7월 23일 게재됐다.

 DGIST 정보통신융합전공 장재은 교수(좌), 심민경 석박사통합과정학생(우)[DGIST 제공]
DGIST 정보통신융합전공 장재은 교수(좌), 심민경 석박사통합과정학생(우)[DGIST 제공]

최상국 기자 skchoi@inews24.com






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