AI로 근육 감지… 피부에 붙이는 센서 개발

재활치료·헬스케어 등서 활용

ETRI가 개발한 '피부 부착형 스트레인 센서' 제작도 ETRI 제공

ETRI는 360도 방향에 걸쳐 피부가 늘어나고 줄어드는 신축량과 변형 방향을 AI 알고리즘을 적용해 98% 정확도로 감지하는 '피부 부착형 스트레인 센서'를 개발했다. ETRI 제공

외부 반응에 따라 늘어나고 줄어드는 피부의 변형을 AI(인공지능)로 정확하게 감지하는 피부 부착형 센서가 개발됐다. 근육과 관절의 움직임을 실시간 측정할 수 있어 사람의 피부에 붙이는 웨어러블 기기나 로봇 전자피부, 의수·의족 등에 활용될 전망이다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 중앙대 연구팀과 함께 360도 방향에 걸쳐 피부가 늘어나고 줄어드는 신축량과 변형 방향을 98%의 정확도로 감지하는 '피부 부착형 스트레인 센서'를 개발했다고 8일 밝혔다.

스트레인은 물체가 외부의 힘을 받았을 때 생기는 길이의 변화를 뜻한다. 기존 피부 부착 스트레인 센서는 고무 등 신축성 소재와 그래핀, 탄소나노튜브 등 전도성 나노 소재를 결합한 신축성 전도체 채널로 만들어 채널이 늘어나고 줄면서 변화하는 전기 저항값으로 변형량을 감지했다. 하지만, 미리 정해진 특정 방향으로 가해지는 변형만을 감지할 수 있어 상황에 따라 여러 방향으로 변형되는 피부의 특성을 정확히 측정하는 데 한계가 있었다.

연구팀은 일자 형태의 신축성 전도체 채널을 늘어나지 않는 두 개의 단단한 영역 사이에 걸쳐, 360도로 늘어나는 방향에 따라 저항 증감을 주기적으로 측정하는 구조를 설계했다. 세 개의 센서를 서로 다른 방향으로 인접하게 배치해 각각의 신호 조합을 통해 특정 부위의 신축 방향과 변형량을 동시에 감지하도록 구현한 것이다.

이 센서는 다양한 데이터들을 인공신경망 알고리즘을 통해 학습해 30% 신축 범위에서 98% 정확도로 신축 방향과 변형량을 추출할 수 있다. 센서에 사용된 소재들은 인체에 무해해 피부 부착이나 인체 각 부위의 동작 감지에 적용할 수 있고, 인쇄공정을 통해 제작 단가도 낮아 일회용 센서로 활용할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

김성현 ETRI 플렉시블전자소자연구실 책임연구원은 "AI 알고리즘을 이용해 단순한 구조의 센서임에도 피부의 복잡한 변형 양상을 정확히 측정할 수 있다"며 "근육과 관절의 움직임 측정에 센서를 적용해 근골격 질환 진단과 상시 재활 치료에 활용할 수 있도록 3년 이내 상용화할 계획"이라고 말했다.이 연구성과는 국제 학술지 '어드밴스드 머터리얼즈(지난달 5일자)' 온라인에 실렸다이준기기자 bongchu@dt.co.kr