손보다 뛰어난 감각을 가진 ‘전자 피부’ 개발

[아이뉴스24 최상국 기자] 포스텍 화학공학과 조길원 교수, 이기원 박사 연구팀이 울산대 화학과 이승구 교수와 공동 연구를 통해 인간의 손가락 감각을 모사해 물체의 종류와 재질을 동시에 구별할 수 있는 ‘인공 전자 피부’ 개발에 성공했다고 23일 발표했다.

사람의 손가락은 압력, 인장, 진동 등 다양한 종류의 자극을 민감하게 인지할 수 있다. 손가락 피부 표면에 존재하는 지문이 외부 자극의 크기를 증폭시키고, 피부 내부에 분포된 다양한 종류의 감각수용체가 이를 감지하기 때문이다.

이를 모사하기 위해 지금까지 개발된 다(多)감각 센서는 단일 감각의 민감도를 높이거나 물체의 재질 정보만을 알아낼 수 있을 뿐 물체의 종류를 구별하기는 어려웠다.

연구팀은 인간 피부의 지문을 구조적으로 모사해 표면에 미세 주름을 가진 얇은 고분자 탄성체 박막을 만들고, 그 속에 은나노와이어와 산화아연 나노와이어를 분산시켜 높은 신축성을 지니는 다감각 인공 전자 피부를 구현했다.

개발된 센서 소자는 압력, 인장, 진동 등의 자극에 따라 각각 다른 종류의 전기적 작동 메커니즘이 선택적으로 작용해 외부 자극을 구별했다. 또한, 물체를 문지르면서(드래깅, Dragging) 발생하는 복합적인 전기 신호를 분석함으로써 접촉하는 물체의 종류와 재질을 동시에 구분했다.

연구팀은 개발된 인공 전자 피부를 로봇의 손에 부착시켜 접촉하는 천연 소재, 세라믹, 금속, 합성 고분자 등의 다양한 물질을 구별할 수 있음을 확인했다. 동시에 거칠거나 끈적함, 딱딱함 등 물체의 질감도 구별할 수 있다는 사실을 밝혀냈다. 또 인지 정확도 면에서 인간이 느끼는 피부 감각보다 뛰어났다.

조길원 교수는 “개발된 인공 전자 피부는 물체의 종류와 재질을 동시에 정확하게 구별하여 인지할 수 있다”며 “인공 보철에 사용되는 다감각 센서, 소프트 로보틱스의 전자 피부, 가상현실(VR)과 증강현실(AR)의 휴먼-머신 인터페이스 등 다양한 분야에 두루 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.

이 연구는 과학기술정보통신부 글로벌프론티어사업 ‘나노기반 소프트일렉트로닉스 연구단’의 지원으로 수행됐으며 재료과학 분야 국제학술지인 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’ 최신호에 게재됐다.

◇논문명 : Fingerpad-Inspired Multimodal Electronic Skin for Material Discrimination and Texture Recognition(인간의 손가락 감각을 모사한 물체의 종류와 재질을 동시에 구별하는 다감각 인공 전자 피부. doi.org/10.1002/advs.202002606)