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고통 느끼는 로봇 나오나…'인공피부'의 진화

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고통 느끼는 로봇 나오나…'인공피부'의 진화

2019.08.22 13:57
장재은 DGIST 정보통신융합전공 교수(왼쪽), 심민경 연구원이 자체 개발한 고통을 느끼는 센서를 들고 있다. DGIST 제공
장재은 DGIST 정보통신융합전공 교수(왼쪽), 심민경 연구원이 자체 개발한 고통을 느끼는 센서를 들고 있다. DGIST 제공

로봇의 피부를 펜으로 콕콕 찌르자 로봇이 말한다. “날카로운 물건은 조심해 주세요. 저도 찔리면 아프거든요.” 


조만간 이런 말을 하는 로봇이 등장할 전망이다. 로봇으로 하여금 고통을 느낄 수 있게 하는 인공 전자피부가 나왔기 때문이다.


대구경북과학기술원(DGIST)은 정보통신융합전공 장재은 교수와 최지웅 교수 심민경 연구원팀이 사람처럼 뾰족한 물건에 찔리거나 뜨거운 물체에 닿으면 고통을 감지하고, 이를 신호로 전달할 수 있는 전자 인공피부를 개발했다고 21일 밝혔다.


현재 인공피부의 화두는 촉각을 느낄 수 있게 하는 센서다. 현재도 많은 로봇공학자와 전자공학자들이 촉각센서를 개발하고 있지만, 압력을 감지하는 센서가 대부분이다. 로봇이 물건을 잡을 때 어느 정도 압력을 가해야 하는지를 결정하려면 로봇의 손끝과 물체 사이의 압력을 정확히 재야 하는데, 이 역할을 위해서는 촉각센서가 필수기 때문이다. 만약 압력을 느끼는 촉각센서가 없다면, 계란을 잡을 때 철봉을 쥘 때와 비슷하게 세게 잡아 계란을 터뜨리고 말 것이다.


하지만 인간의 피부는 압력만 느끼지 않는다. 거칠고 부드러운 정도 등의 감각도 동시에 느낀다. 뾰족하거나 뜨거운 물체에 닿으면 고통도 느낀다. 연구팀은 문제일 뇌인지과학전공 교수, 최홍수 로봇공학전공 교수와 함께 고통 등 감각적인 자극을 감지하고 관련 신호를 발생시키는 인공피부를 만들기 위해 새로운 센서를 개발했다. 


먼저 산화아연을 재료로 매우 작고 긴 구조물인 나노 와이어를 만들었다. 산화아연 나노와이어는 압력을 느끼면 전기 신호를 발생시키는 특성이 있다. 누르면 신호를 발생시키는 무동력 압력 센서로 쓸 수 있다는 뜻이다. 여기에 서로 다른 금속을 이어 붙인 전기회로를 덧붙였다. 외부에서 이 회로에 열을 가하면 회로 속 두 금속의 온도가 변하면서 전기가 발생한다. 하나의 센서로 열까지 감지하고 신호를 보낼 수 있게 된 것이다.

 

동물이 촉각 고통신호를 느끼는 과정(위)와 연구팀의 촉각센서가 느끼는 과정을 비교했다. 촉각이 뾰족하거나 뜨거운 물체에 닿았을 때 특정 조건를 발생시키면 이를 고통 신호로 판단하는 신호처리 기술을 도입했다. DGIST 제공
동물이 촉각 고통신호를 느끼는 과정(위)와 연구팀의 촉각센서가 느끼는 과정을 비교했다. 촉각이 뾰족하거나 뜨거운 물체에 닿았을 때 특정 조건를 발생시키면 이를 고통 신호로 판단하는 신호처리 기술을 도입했다. DGIST 제공

연구팀은 이렇게 만든 센서를 잘 휘는 부드러운 고분자 소재인 폴리이미드 위에 전극과 함께 배치했다. 그 뒤 뾰족한 압력이 가해지거나 뜨거운 온도를 접했을 때 발생하는 신호를 고통 신호로 판단하는 신호처리 기술도 개발해 결합시켰다. 그 결과 간단한 구조로 온도와 압력을 동시에 감지하며, 고통까지 느끼고 관련 신호를 전달하는 인공피부 촉각센서를 완성했다. 현재는 3D프린팅을 이용해 손가락 로봇을 만들고 센서를 장착해 부드러움과 거친 느낌까지 측정하는 후속 센서 연구를 진행 중이다.


장재은 교수는 “인공지능(AI) 분야가 발전할 때 위험요소 중 하나는 AI 로봇이 가질 수 있는 공격적 성향”이라며 “로봇도 고통을 느낄 수 있다면 공격 성향을 제어하는 기술을 개발하는 데 도움이 될 것”이라고 말했다. 


연구 결과는 로봇 분야 국제학술지 ‘소프트로보틱스’ 7월 23일자에 발표됐다. 
 

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