피부 신축성 98%예측 ‘AI센서’ 첫 개발

ETRI, 모든 방향 변형 정확 감지
피부부착·동작감지 ‘스트레인센서’
헬스케어 등 활용 범위 무궁무진

ETRI 연구진이 개발한 스트레인 센서를 시연하고 있다. [ETRI 제공]

국내 연구진이 피부의 늘어나는 크기와 방향을 동시에 정확히 측정할 수 있는 피부 부착 인공지능(AI) 센서를 개발했다. 새로운 센서 구조에 AI 알고리즘을 적용, 정확도와 신뢰성을 획기적으로 높여 향후 재활, 헬스케어, 로봇의 전자피부에 널리 활용될 전망이다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 중앙대와 공동으로 360도 전 방향에 걸쳐 늘어나고 줄어드는 신축량과 변형 방향을 98%의 정확도로 감지할 수 있는 스트레인(물체의 길이변화) 센서를 개발했다고 8일 밝혔다.

기존 피부 부착 스트레인 센서는 고무와 같은 신축성 소재와 그래핀, 탄소나노튜브(CNT) 등 전도성 나노소재를 더해 신축성 전도체 채널을 만든 뒤, 채널이 늘어나고 줄면서 변화하는 전기 저항값으로 변형의 크기를 감지했다. 하지만 이런 구조는 미리 정해진 특정 방향으로 가해지는 변형만을 감지할 수 있어 같은 부위라도 상황에 따라 여러 방향으로 늘어나는 피부의 특성을 정확히 측정할 수 없다는 한계가 있었다.

공동 연구진은 세계 최초로 늘어나는 크기와 방향을 동시에 잴 수 있는 스트레인 센서를 제작하고 AI 알고리즘을 적용해 크기와 방향을 98% 정밀도로 예측하는 데 성공했다.

이 기술의 핵심은 새로운 방향성 센서 구조다. 연구진은 일자 형태의 신축성 전도체 채널을 늘어나지 않는 두 개의 단단한 영역 사이에 걸쳐 360도로 늘어나는 방향에 따라 주기적인 저항 증감 특성을 나타내는 새로운 구조를 구현해 특허출원을 마쳤다. 또 세 개의 센서를 서로 다른 방향으로 인접하게 배치하여 이들 신호의 조합으로 특정 부위의 신축 방향과 변형량을 동시에 뽑아낼 수 있다.

센서에 사용된 소재들은 인체에 무해한 소재로 피부 부착 및 인체 각 부위의 동작 감지에 널리 사용될 수 있다. 또 인쇄공정을 통해 제작이 간편하다. 제작 단가가 낮고 제작 시간도 짧으며 일반적으로 많이 쓰이는 저가의 소재를 사용하므로 일회용 센서로도 활용 가능하다.

김성현 ETRI 플렉시블전자소자연구실 박사는 “개발한 고정확 스트레인 센서는 간단한 구조로도 피부의 복잡한 변형 양상을 정확히 측정할 수 있어 재활치료 및 헬스케어, 로봇, 의족·의수, 웨어러블 기기 등 전자피부가 필요한 분야에 폭넓게 활용이 가능할 것”이라고 말했다.

박성규 중앙대 교수는 “이 기술은 AI 알고리즘을 이용해 단순한 센서 모듈로도 다양한 특성을 동시에 인식하고 기존 방식의 시공간적인 제약을 탈피할 수 있는 획기적인 시도로 AI 기반 시스템에 두루 응용될 수 있다”고 했다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈’ 1월 5일 온라인 게재됐다. 연구진은 3년 내 상용화를 목표로 향후 이 기술을 다양한 동작 아래 근육과 관절의 움직임 측정에 적용해 근골격 질환의 진단 및 상시 재활치료에 적용할 계획이라고 전했다. 구본혁 기자

nbgkoo@heraldcorp.com