전자피부가 온도·압력을 다 느낀다

포스텍, '다기능성 이온-전자피부' 세계 최초 개발
향후 로봇 피부, 온도나 압력 센서 등 제품 나올듯

전자피부를 실제로 밀었을 때의 인식 이미지. 접촉한 부분의 온도변화, 힘의 방향을 정확하게 인식한다. 포항공과대 제공

[파이낸셜뉴스] 사람 피부처럼 온도나 압박 등을 느끼는 전자피부가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 연구진은 이 전자피부 기술을 이용해 향후 휴머노이드 로봇의 피부, 온도나 압력 센서 등 다양한 제품을 만들 수 있을 것으로 전망했다.

포항공과대학교(POSTECH)는 신소재공학과 정운룡 교수가 온도와 기계적 자극을 동시에 측정할 수 있는 '다기능성 이온-전자피부'를 세계 최초로 개발했다고 20일 밝혔다. 이번 연구결과는 유인상 박사, 미국 스탠포드대 제난바오 교수와 함께 연구해 과학 분야 최고 권위지인 '사이언스'에 20일자로 공개됐다.

연구진은 인간 피부의 촉각 수용체가 전해질로 가득 차 있어 변형이 자유로우면서도 망가지지 않는다는 점에 주목했다. 또 전해질을 함유한 이온 전도체 소재가 측정 주파수에 따라 측정할 수 있는 성질이 달라진다는 점을 이용해 촉각과 온도를 동시에 측정할 수 있는 다기능성 인공 수용체를 만들어냈다.

또, 연구진은 이온 전도체에서 온도에만 반응하는 변수와 기계적 자극에만 반응하는 변수를 이끌어냈다. 전하 완화 시간과 정전용량, 2개의 측정 주파수만을 이용하도록 했다. 전하가 물체에서 빠져나가는 시간을 뜻하는 '전하 완화 시간'은 움직임에 반응하지 않아 온도를 측정할 수 있으며, '정전용량'은 온도에 반응하지 않아 움직임을 측정할 수 있다.

또 전극-전해질-전극의 간단한 구조로만 만들어져 상용화에서도 큰 이점을 가진 이 전자피부는 밀림, 꼬집기, 벌림, 비틀림 등의 여러 움직임에 대해 힘을 가한 방향이나 늘어난 정도는 물론, 힘을 가한 물체의 온도도 정확하게 측정해낸다.

자유자재로 늘리거나 변형할 수 있으면서도 온도를 감지할 수 있는 '다기능성 이온-전자피부'는, 웨어러블 온도센서나 인간형 로봇, '휴머노이드'와 같은 로봇 피부에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

제1저자인 POSTECH 유인상 박사는 "집게손가락이 전자피부에 닿으면, 전자피부는 접촉을 온도변화로 감지하며, 이후 손가락이 피부를 밀면 접촉된 뒷부분이 늘어나 움직임으로 인지한다"며 "이 전자피부가 온도나 움직임을 감지하는 원리는 실제 인간의 피부가 다양한 촉각을 인지하는 원리 중 하나일 것으로 추측한다"고 설명했다.

공동 교신저자인 POSTECH 정운룡 교수는 "이번 연구는 전해질을 이용한 전자피부 연구의 포문을 여는 첫 단계라 할 수 있다"며 "연구의 최종목표는 인간의 촉각 수용체와 신경 전달을 모사한 인공 전자피부를 만들어 질병이나 사고로 인해 피부나 장기의 촉각 기능을 잃은 환자들의 촉각을 복원하는데 도움이 되는 것"이라고 말했다.

한편, 인간 피부 속에는 꼬집거나 비틀거나 미는 등의 다양한 촉각은 물론 뜨겁거나 차가운 온도를 감지할 수 있는 촉각 수용체가 있다. 이 수용체를 통해 인간은 기계적 자극과 온도 자극을 구분할 수 있는데, 지금까지 발표된 전자 피부는 온도를 측정함과 동시에 피부에 기계적인 자극이 가해지면 온도에 큰 오류가 생기는 문제가 있었다.

monarch@fnnews.com 김만기 기자

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