KAIST, 피부상태에 영향받지 않는 근전도 센서 개발

정재웅·김정 교수팀, 신축·접착성 마이크로니들 센서 확보
고품질 전기생리신호 안정적 측정 가능, 국제학술지 게재
땀, 각질 등 피부상태에 영향받지 않아, 웨어러블 로봇 효율적 제어

[대전=뉴시스] 신축·접착성 마이크로니들 센서 회로 패치를 이용한 웨어러블 로봇의 무선 폐회로 구동 모습. 사진 (A)는 웨어러블 로봇 시스템 개념도고 (B)는 신축·접착성 마이크로니들 센서 회로 패치와 무선으로 연동된 웨어러블 로봇 사진이다. (C)는 피부 전처리 여부에 따른 웨어러블 로봇의 보조 효과 비교도.(사진=KAIST 제공).2024.01.23. photo@newsis.com *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 땀, 각질 등에도 장기간 안정적으로 구동이 가능한 웨어러블 로봇 제어센서가 개발됐다.

KAIST는 전기및전자공학부 정재웅 교수와 기계공학과 김정 교수팀이 공동연구를 통해 피부상태에 영향을 받지 않는 고품질의 전기생리신호 측정이 가능한 신축·접착성 마이크로니들 센서를 개발했다고 23일 밝혔다.

웨어러블 로봇이 사람의 움직임 의도를 인식키 위해서는 몸에서 발생하는 근전도를 정확하게 측정하는 웨어러블 전기생리 센서가 필요하다.

기존 센서들은 시간에 따라 신호품질이 떨어지거나 피부의 털, 각질, 땀 등의 영향을 많이 받고 피부보다 단단한 물성으로 움직일 때 피부변형을 따라갈 수 없어 노이즈(신호 잡음)를 발생시킬 수 있다.

하지만 이번에 개발된 기술은 잘 늘어나며 접착성이 있는 전도성 기판에 피부 각질층을 통과할 수 있는 마이크로니들 어레이를 집적해 불편함은 줄고 장기간 고품질의 근전도 측정이 가능하다.

이를 위해 연구팀은 부드러운 실리콘 중합체 기판으로 집적해 신축·접착성이 좋은 마이크로니들 센서를 제작했다. 단단한 마이크로니들이 높은 저항을 가진 피부의 각질층을 투과해 피부접촉 저항을 효과적으로 낮춰 털이나 각질, 땀, 이물질 등으로 피부가 오염돼도 고품질의 전기생리신호를 얻을 수 있다.

또 부드러운 전도성 접착 기판이 사람의 움직임에 따른 피부의 늘어남에 순응해 편안한 착용감을 제공하고 움직임으로 인한 동작 잡음을 최소화할 수 있다.

연구팀은 개발된 신축·접착성 마이크로니들 센서 패치의 효용성 검증에 나서 웨어러블 로봇을 이용한 동작 보조실험을 진행했다.

시험 결과, 마이크로니들 센서패치를 사용했을 때 피부 상태, 신체 움직임의 크기 및 종류와 상관없이 안정적인 근전도 센싱에 기반한 동작 의도 인식을 통해 웨어러블 로봇이 사용자의 동작을 효과적으로 보조하는게 확인됐다.

다리에 부착된 신축·접착성 마이크로니들 센서패치는 근육에서 발생하는 전기신호를 감지하고 동작 의도를 웨어러블 로봇에 전송해 사람이 무거운 짐을 손쉽게 들어올릴 수 있도록 도와준다.

KAIST 전기및전자공학부 김희수 박사과정과 이주현 박사과정 학생이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)'에 지난 17일 게재됐다.(논문명:Skin-preparation-free, stretchable microneedle adhesive patches for reliable electrophysiological sensing and exoskeleton robot control)

KAIST 정재웅 교수는 "개발된 신축·접착성 마이크로니들 센서는 피부상태에 영향받지 않는 안정적인 근전도 센싱을 통해 더욱 정확하고 안정적인 웨어러블 로봇 제어를 가능케 한다"며 "로봇을 활용하는 환자의 재활이 더 용이해 질 전망이다"고 말했다.

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