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세포 움직임까지 느끼는 3D 촉각 인식장치 나왔다

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세포 움직임까지 느끼는 3D 촉각 인식장치 나왔다

2020.01.16 12:06
촉각 인식장치를 뾰족한 구두 굽으로 밟아 압력을 주었다. 촉각 인식장치 내 총 400개의 센서가 압력을 실시간으로 감지했다. 초록색이 압력이 감지된 영역이며, 색이 진할수록 센 압력을 나타낸다. IBS 제공.
촉각 인식장치를 뾰족한 구두 굽으로 밟아 압력을 주었다. 촉각 인식장치 내 총 400개의 센서가 압력을 실시간으로 감지했다. 초록색이 압력이 감지된 영역이며, 색이 진할수록 센 압력을 나타낸다. IBS 제공.

미세한 세포의 움직임까지 포착할 수 있는 3차원(3D) 촉각 인식장치가 개발됐다.

 

기초과학연구원(IBS)은 박장웅 나노의학연구단 연구위원(연세대 신소재공학과 교수) 연구팀이 연세대, 한양대, KAIST 연구진과 공동으로 초미세 압력을 3차원으로 감지할 수 있는 고해상도 촉각 인식장치를 개발했다고 16일 밝혔다. 

 

촉각은 피부에 닿아 느끼는 감각이다. 압각(압력), 온각(따뜻함), 냉각(차가움), 통각(아픔) 등이 있다. 인간의 감각 중 가장 원시적인 촉각을 직관적으로 측정하고 표현하는 장치를 ‘촉각 인식장치’라고 한다. 과학자들은 온도나 소리, 빛 등을 피부로 감지하고 데이터로 만드는 인식장치를 개발하고 있다. 

 

3D 촉각 인식장치는 센서 개수가 많고 조밀하게 배열될수록 보다 세밀하게 촉각을 감지할 수 있다. 다만 조밀하게 배열할수록 센서 간 간섭이 심해지는 문제가 있다. 

 

연구진은 압력에 따라 두께가 변화하는 물질을 이용한 트랜지스터 센서를 개발했다. 트랜지스터는 집적회로를 구성하는 가장 작은 단위의 반도체다. 연구진이 개발한 트랜지스터 센서는 센서 간 간섭없이 조밀한 배열이 가능하다. 촉각을 고해상도로 더욱 세밀하게 감지할 수 있다는 의미다. 

 

연구팀은 사람 머리카락 단면(약 0.4㎟)보다 작은 면적에 가로 20줄, 세로 20줄의 정사각형 형태로 총 400개의 센서를 배열해 3D 촉각 인식장치를 개발하고 장치가 잘 작동하는지 실험을 진행했다. 체중 50kg의 사람이 굽 반경 1cm 구두를 신고 인식장치를 밟았을 때 굽에 가해지는 압력의 면적과 세기가 인식장치에 실시간으로 표시됐다. 

 

연구진은 이를 세포 수준까지 적용했다. 사람 심장세포 움직임을 3차원으로 측정해 심장세포 하나가 박동할 때의 압력이 구두 굽으로 밟는 힘보다 약 1만배 미세하다는 사실을 확인했다. 

 

이같은 3D 촉각 분포를 쉽게 관찰할 수 있도록 연구진은 촉각을 감지하면 스스로 빛을 내는 화학물질을 3D 촉각 인식장치에 결합했다. 촉각을 시각화한 것이다. 

 

연구진이 개발한 3D 촉각 인식장치는 발걸음 같은 큰 힘부터 세포 움직임 같은 초미세 압력까지 감지할 수 있다. 기존 인식장치에 비해 정밀도가 약 100배 이상 높아진 것으로 전자기기나 건강관리 및 의료 분야에 활용될 것으로 기대된다.

 

박장웅 연구위원은 “향후 심장박동 및 혈압 등을 모니터링하는 장치를 개발하고 신체 정보를 데이터화해 AI 진단 등에 활용할 계획”이라며 “촉각에 단백질 정보까지 함께 감지할 수 있는 장치도 후속 연구로 개발중”이라고 말했다. 연구결과는 국제학술지 ‘나노레터스’ 15일 표지논문으로 게재됐다. 

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