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미세한 질감차 구별하는 인공피부 개발

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미세한 질감차 구별하는 인공피부 개발

2019.07.25 14:21
최창순 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지융합연구부 선임연구원과 천성우 성균관대 화학공학 및 고분자공학과 박사후연구원 연구팀은 사람처럼 섬세한 감각을 느끼는 인공피부를 개발했다. DGIST 제공
최창순 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지융합연구부 선임연구원과 천성우 성균관대 화학공학 및 고분자공학과 박사후연구원 연구팀은 사람처럼 섬세한 감각을 느끼는 인공피부를 개발했다. DGIST 제공

사람의 피부의 구조와 유사하고 섬세한 질감을 감지하는 촉각 센서가 개발됐다. 

 

대구경북과학기술원(DGIST)은 최창순 에너지융합연구부 선임연구원 연구팀이 압력과 진동을 동시에 감지해 물체의 미세한 질감을 측정하는 인공피부 기반 촉각센서를 개발했다고 25일 밝혔다.

 

인체처럼 감각을 느끼게 하는 인공피부는 휴머노이드 로봇을 개발하거나 인체와 비슷한 의료장치를 만드는 데 있어 필수적이다. 인공피부는 압력과 진동과 같은 감각을 느낄 때 생체와 비슷한 수준의 감도를 보여야 한다. 또한 인공피부가 느낀 감각을 사람이 직접 활용하기 위해서는 사람이 감각을 느낄 때 뇌에서 받아들이는 신호와 비슷한 형태로 신호를 전달해야 한다.

 

감도도 높이면서 비슷한 신호를 만들기 위한 방법 중 하나는 인체를 그대로 흉내내는 것이다. 연구팀은 인간의 감각 수용체를 흉내내기로 했다. 인간의 감각 수용체에는 압력을 감지하는 ‘저속 응답 수용체’와 진동과 거칠기를 감지하는 ‘고속 응답 수용체’가 있다. 손끝에 자극이 처음에는 고속 응답 수용체가 자극이 있음을 바로 감지하고, 이후에는 저속 응답 수용체가 진동을 감지하는 식이다.

 

연구팀은 인간의 피부를 그대로 따라한 센서를 개발해 감도를 높임과 동시에 인체에서 감각을 느낄 때 나오는 신호와 비슷한 신호가 센서에서 나오도록 했다. DGIST 제공
연구팀은 인간의 피부를 그대로 따라한 센서를 개발해 감도를 높임과 동시에 인체에서 감각을 느낄 때 나오는 신호와 비슷한 신호가 센서에서 나오도록 했다. DGIST 제공

연구팀은 사람 손가락 지문을 닮은 수백 마이크로미터(㎛, 100만 분의 1m) 너비의 패턴을 갖춘 패널을 위에 장착했다. 이 패널은 외부 자극을 증폭시켜주는 역할을 한다. 그 아래에 고속 응답 수용체를 따라한 진동 센서와 그 아래에 저속 응답 수용체와 비슷한 원리의 압력 센서를 갖춘 유연한 필름 형태의 센서를 개발했다. 진동 센서는 물체끼리 접촉할 때 발생하는 전기인 ‘마찰전기’를 읽어 진동을 전기신호로 변환할 수 있도록 했다.

 

사람의 손가락 끝을 그대로 구현한 센서를 통해 연구팀은 서로 다른 직물 12종의 거칠기를 99% 이상의 정확도로 구분하는 데 성공했다. 마찰전기로 읽어낸 진동에서 나온 전기신호도 실제 사람 피부의 신경세포에서 발생한 전기신호와 유사한 것으로 확인됐다.

 

최 선임연구원은 “영화를 보던 도중 주인공이 수트를 입고 가상현실을 체험하며 실제처럼 고통을 느끼는 것에서 센서 개발 영감을 얻었다”며 “향후 인공피부 관련 연구를 포함한 여러 연구에 초석이 됐으면 한다”고 말했다.

 

천성우 성균관대 화학공학 및 고분자공학부 박사후연구원이 1저자로 참여한 이번 연구는 국제학술지 ‘나노 레터스’ 온라인판에 4월 26일 실렸다.

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