로봇이 사람처럼 물체 20종 식별 가능한 멀티모달 인공피부 촉감소자 개발
국제 저명 학술지 ‘Nature Materials’ 논문 게재
의수·의족 등 의료 보조기기, 웨어러블 전자 피부, 소프트 로봇에 활용 전망
왼쪽부터 스탠포드대학교 화학공학부 김권규 연구원, 서울대학교 기계공학부 방준혁 연구원, 서울대학교 기계공학부 고승환 교수
로봇이 사람처럼 온도와 압력을 동시에 느끼는 시대가 열릴 전망이다. 서울대학교 공과대학 기계공학부 고승환 교수 연구팀은 하나의 센서로 열과 기계적 자극을 동시에 감지할 수 있는 인공피부 기술을 개발했다고 밝혔다.
기존의 멀티모달(복합 감각) 소자들은 여러 개의 센서를 쌓거나 나열하는 방식을 사용해 구조가 복잡하고 응답 속도가 느리다는 한계가 있었다. 연구팀은 은(Ag) 코어와 산화구리(Cu2O) 쉘로 구성된 나노와이어 네트워크를 활용해 이 문제를 해결했다.
이번에 개발된 소자는 초박형 단일층 구조로 설계되어 열 감지 모드와 기계 감지 모드를 초당 16회 교차 전환하며 신호를 수집한다. 이를 통해 기계 자극에는 서브마이크로초, 열 자극에는 밀리초 단위의 매우 빠른 응답 속도를 확보했다.
연구팀은 인공지능 기술을 접목해 센서의 효율성을 극대화했다. 서로 다른 신호를 짧은 시간 간격으로 번갈아 측정하는 인터리빙(interleaving) 방식을 도입한 결과, 단일 신호만 사용할 때 65% 수준이던 물체 분류 정확도를 95%까지 끌어올렸다.
실제 무선 측정 보드와 결합한 손끝 부착형 센서 실험에서는 일상생활에서 흔히 쓰이는 물체 20종을 83%의 정확도로 검증해냈다. 또한 멀티어레이 플랫폼 제작을 통해 사람 피부 수준의 고해상도로 열과 압력 분포를 측정하는 데 성공하며 확장성까지 입증했다.
이번 기술은 로봇이 물리적 세계를 직접 느끼고 판단하는 ‘피지컬 AI’의 핵심 기술로 주목받고 있다. 복잡한 적층 구조 없이도 고해상도 촉각 정보를 처리할 수 있어 시스템 간소화가 가능하다는 것이 강점이다.
고승환 교수는 “이번 성과는 하나의 초박형 소자 안에서 인간 피부처럼 복합 자극을 처리하는 기술을 세계 최초로 구현한 것”이라며 “향후 의수, 웨어러블 전자피부, 소프트 로봇 등 다양한 분야에서 로봇에게 인간 수준의 촉각 인지 능력을 부여하는 기반이 될 것”이라고 강조했다.
한편, 이번 연구 결과는 재료과학 분야 최고 권위지인 ‘네이처 머티리얼스(Nature Materials)’에 지난 3월 5일 게재됐다. 제1저자인 김권규 박사와 방준혁 박사는 각각 미국 애플사와 캘리포니아 공과대학교에서 연구를 이어가고 있다.
uapple
기자
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