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이웃집과학자

"앗 따가워" 고통 느끼는 전자 피부 기술

By 이웃집과학자

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아픔이 느껴지는가?

출처pixabay

인간의 오감을 모방하려는 시도는 카메라와 TV 등 획기적인 전자기기의 개발을 이루는 데 밑거름이 됐습니다. 인간의 삶을 변화시킨 주요 요인으로도 평가됩니다. 과학자들은 오감 중에 남아 있는 영역인 촉각, 후각, 미각을 모방하려는 연구를 지속적으로 수행 중이며 여러 가지 기술적인 이유로 촉각이 다음 모방 기술이 될 것으로 예측하고 있습니다. 현재 대부분의 촉각 센서 연구는 로봇이 물체를 잡는 데 사용되는 압력을 측정하는 물리적인 모방 기술에 집중하고 있습니다. 하지만 사람이 촉각으로부터 느끼는 부드러움이나 거친 정도를 구현하는 정신감각적인 촉각 연구는 아직 미진합니다.


그런데 DGIST는 정보통신융합전공 장재은 교수팀이 사람처럼 바늘에 찔리거나 뜨거운 물체로부터 고통을 느끼는 전자피부 기술을 개발했다고 밝혔습니다. <Soft Robotics>에 게재된 논문에 따르면 주요 장점은 센서의 구조를 단순화해 압력과 온도를 동시에 측정할 수 있다는 것과 센서의 측정 원리와 상관없이 다양한 촉각 시스템에 적용 가능하다는 점이라고 합니다.


나노와이어와 제벡 효과

촉각의 고통신호 생성을 모방한 인공센서 및 신호처리 기반 인공 고통 신호 생성 모식도.

출처DGIST

연구팀은 고통을 느끼는 촉각 센서를 개발하기 위해 산화아연 나노와이어(ZnO Nanowire) 기술에 집중했습니다. 산화아연 나노와이어는 압력을 감지해 전기신호를 발생시키는 압전 효과 덕분에 연구팀은 산화아연 나노와이어를 배터리가 필요 없는 자가 발전형 촉각 센서로 적용했습니다.


연구팀은 또한 제벡 효과(Seebeck Effect)를 이용한 온도 센서가 동시에 적용돼 하나의 센서로 두 가지 일을 하는 구조로 만들었습니다. 참고로 제벡 효과란 상이한 금속을 접합해 전기회로를 구성하고 양쪽 접속점에 온도차가 있으면 회로에 열기전력이 발생하는 현상을 말합니다.


연구팀은 또한 측정된 자극의 유형을 판단하기 위해 신호처리 기술을 이용해 압력, 온도, 그리고 자극을 받은 센서의 면적을 계산하고 찔리는 고통 및 뜨거운 고통 신호를 발생시키는 시스템을 개발했습니다. 더불어 연구팀은 압력의 크기와 온도를 고려한 고통 신호 발생 여부를 판단하는 신호처리 기법 개발도 성공했습니다.


연구팀이 개발한 촉각 센서는 인간과 비슷한 휴머노이드 로봇이나 안타까운 사고로 의수를 착용해야 하는 분들에게 실제 다양한 감각을 제공하는 인공 의수 분야에서 사용될 것으로 기대됩니다.


장재은 교수

출처DGIST

DGIST 정보통신융합전공 장재은 교수는 "미래형 촉각 센서 개발에서 필수적인 고통 감지를 효과적으로 구현할 수 있는 핵심 기반 기술을 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 공격 성향을 제어할 수 있는 기술로 확장될 것"이라고 말했습니다.


##참고자료##

  • Sim, Minkyung, et al. "Electronic Skin to Feel “Pain”: Detecting “Prick” and “Hot” Pain Sensations." Soft robotics (2019). 


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