"숨결부터 압력·소리까지 정확하게 감지" 촉각센서 개발

KAIST·ETRI "열성형 기반 기술로 연성 소재 한계 극복"

(대전=연합뉴스) 박주영 기자 = 한국과학기술원(KAIST) 박인규 교수 연구팀은 한국전자통신연구원(ETRI)과의 공동연구를 통해 기존 촉각 센서의 구조적 한계를 극복한 열 성형 기반 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.

로봇이 물체를 잡거나 의료기기가 몸의 맥박을 감지할 때 쓰는 촉각 센서는 손끝처럼 '눌림'을 느끼는 기술이다.

고무나 실리콘처럼 늘렸다가 놓으면 다시 원래 모양으로 돌아오는 기존 연성 엘라스토머 기반 촉각 센서는 응답속도가 늦고 장기간 사용 시 재료가 변형되는 문제가 있다.

연구팀은 2차원 필름 위에 정밀하게 전극을 형성한 후 열과 압력을 가해 3차원 구조로 성형하는 방법으로 열 성형 촉각 센서를 개발했다.

센서 상부의 전극과 지지 다리 구조는 목적에 따라 기계적 물성을 자유자재로 조절할 수 있다.

지지 다리의 두께, 길이, 개수 등 미세한 구조 매개변수를 조정함으로써 센서의 영률(재료의 강성을 나타내는 지표)을 10Pa(파스칼)에서 1MPa(메가파스칼)까지 폭넓게 설정할 수 있다.

이는 피부, 근육, 힘줄 등의 생체조직과 유사한 수준이다.

개발한 센서는 가벼운 숨결까지 인식할 수 있을 정도로 민감도가 높고 응답속도도 0.1ms(밀리초·1천분의 1초) 수준으로 빠르다.

장기간 사용 시에도 변형률 0.5% 이하로, 5천차례 반복 측정에서도 99.9%의 정밀도를 유지하는 등 내구성을 입증했다.

실제 센서 2천800개를 배열해 운동 중 발바닥의 압력 분포를 실시간 시각화하고, 손목 맥박 측정을 통해 혈관 건강 상태를 평가했다.

상용 음향 센서 수준의 소리 감지 실험에서도 성공적인 결과를 얻었으며, 증강현실(AR) 기반 외과 수술 훈련 시스템에 적용해 너무 깊이 베거나, 위험한 부위를 건드리면 실시간 위험 경고 기능까지 갖춘 시스템을 구현했다.

박인규 교수는 "일상생활은 물론 의료, 재활, 가상현실 등 다양한 분야에서 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 성과는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스'(Science Advances) 지난달 호에 실렸다. 해당 논문은 사이언스 어드밴시스 공식 SNS 채널에도 소개됐다.

jyoung@yna.co.kr