부산대, 산업현장 안전 지키는 웨어러블 센서 개발

기계공학부 박상민 교수팀, 논문 발표
헬멧·장갑·신발 등 기존 장비 손쉽게 적용

[부산=뉴시스] 부산대학교는 기계공학부 박상민 교수팀이 극한 조건에서 위험 상황을 신속하게 인식하고 대응할 수 있는 산업안전체계를 위한 웨어러블 센서 및 산업용 IoT(사물인터넷) 모니터링 시스템을 개발했다고 3일 밝혔다. (사진=부산대 제공) *재판매 및 DB 금지

[부산=뉴시스] 하경민 기자 = 부산대학교는 기계공학부 박상민 교수팀이 극한 조건에서 위험 상황을 신속하게 인식하고 대응할 수 있는 산업안전체계를 위한 웨어러블 센서 및 산업용 IoT(사물인터넷) 모니터링 시스템을 개발했다고 3일 밝혔다.

이 센서는 헬멧·장갑·신발 등에 붙여 사용하며, 충돌이나 위험한 상황을 빠르게 감지해 알림을 보내준다. 무겁지 않고 배터리도 필요 없어 활동성 또한 높다.

흔히 산업현장에서 노동자의 안전을 위해 착용하는 추가 보호 장비와 웨어러블 센서는 활동성을 저하시키고, 이로 인해 실시간 비상 정보의 즉각적인 경보가 제한적이다.

이를 해결하기 위해 충격 에너지 흡수 기술과 센서 기술을 결합한 다기능 웨어러블 센서의 개발이 시도되고 있지만, 제작 비효율성과 높은 비용이 여전히 걸림돌이다.

최근에는 마찰전기를 이용한 나노발전기 기반 센서가 경량성과 다양한 재료 선택이라는 면에서 주목받고 있다. 하지만 이 센서들은 추가적인 전원 없이도 다양한 물리적 자극을 감지할 수 있는 반면, 복잡한 제작 공정과 낮은 내구성으로 활용이 제한적이어서 개선을 위해 내충격성이 뛰어난 웨어러블 센서의 개발과 더불어 스마트 팩토리와 연동되는 통합 감지 시스템의 개발이 필요하다.

이에 박 교수팀은 이산화규소 나노입자 기반의 전단농화유체를 마찰전기 나노발전기에 적용해 전하 저장 효과를 통해 접촉 시 전기 출력을 키워 센서로서의 감지 성능을 향상시키고, 동시에 에너지 충격 흡수를 높여 적용된 기판 및 사용자를 물리적 자극으로부터 보호할 수 있는 기술 개발에 나서 성공했다.

이 장비는 에어로졸 스프레이를 활용해 다양한 형태와 재료의 상용 안전보호구에 훼손 없이 적용해 손쉽게 제작할 수 있다. 마찰전기 나노발전기를 헬멧·장갑·신발 등에 센서로 적용하고 이를 산업용 통신프로토콜인 OPC UA(산업용 표준 프로토콜이자 아키텍쳐) 기반 산업용 네트워크 시스템과 연동하면 충돌 감지 센서로서 안전 여부를 구분해 알림이 가능하며 다양한 단축메시지를 제공할 수 있는 인간-기계 상호작용 기능을 갖게 된다.

이같은 특성은 노동자의 안전보호구 뿐만 아니라 로봇·가공기 등 다양한 기기에도 완벽하게 웨어러블 센서로 활용될 수 있을 것으로 전망됐다.
또 이 센서는 배터리가 필요 없는 자체 전원이라는 특징과 무게와 공간 제약이 없다는 점에서 노동자의 활동성 및 설치 제약 없는 범용적인 활용을 연구팀을 기대하고 있다.

특히 현재 산업환경에서 널리 사용되는 OPC UA를 활용해 IoT 시스템을 구축함으로써 공장 내 다른 센서·액추에이터·PLC·PC와 같은 요소들과 효과적인 연동이 가능하다. 이런 특징을 기반으로 노동자, 기기, 그리고 모니터링 시스템까지 포괄적인 통신 및 제어가 원활하게 이뤄질 수 있다. 이 시스템은 공장 내 CCTV 및 통신 시스템이 부족한 사각지대를 해소하고, 빠른 통신을 통해 안전한 공장 관리 시스템의 효과적인 구축에 기여할 수 있을 것으로 보인다고 연구팀은 전했다.

이 연구결과를 담은 논문은 부산대 기계공학부 박상민 교수와 경희대 기계공학과 최동휘 교수가 공동 교신저자, 부산대 기계공학부 박지교 석사과정생과 김백규 석박사통합과정생이 공동 제1저자로, 과학기술정보통신부 재원의 한국연구재단 지원(연계 신진후속 중견연구) 및 인공지능 기반 적층제조 공정설계 기술 개발 연구와 인공지능 기반 3D 프린팅 공정용 기계 구조 설계 기술 개발 사업의 지원을 받아 수행됐다.

해당 논문은 국제 학술지 'Nano Energy' 6월1일자에 게재됐다.

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