인간 피부와 동등한 터치 감각의 '전자피부 센서시스템' 개발
인간 피부와 동등한 터치 감각의 '전자피부 센서시스템' 개발
  • 최창현 기자
  • 승인 2019.08.19 07:56
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ACES는 사람의 감각 신경계보다 1,000 배 이상 빠른 터치를 감지 할 수 있으며, 배선 시스템이 간단하고 센서 수가 증가 하더라도 응답성이 뛰어나다.

이러한 주요 특성은 로봇, 보철 장치 및 기타 휴먼머신 인터페이스의 인공지능(AI) 응용을 위한 지능형 전자 스킨의 확장을 용이하게 한다.
인간 피부와 동등한 터치 감각의 '전자피부 센서시스템' 개발(사진:아래 영상 캡처)

사람들은 커피 한 잔을 건네거나 악수를 하는 것과 같은 거의 모든 일상 업무를 위해서는 인간의 감각을 사용한다. 마찬가지로 로봇 또는 보철 장치 등에 휴먼머신 인터페이스와 인간과 더 나은 상호 작용과 서비스를 위해서 촉감(觸感)은 필수적이지만 여전히 ​​물체를 잘 느끼지 못한다.

인간 감각 신경계에서 영감을 얻은 싱가포르 국립 대학교(National University of Singapore NUS) 재료공학과 벤자민 티(Benjamin Tee) 조교수 팀이 잠재적으로 인간보다 더 나은 성능을 발휘할 수 있는 인공신경 비동기식전자피부(Asynchronous Coded Electronic Skin. 이하, ACES) 센서 시스템을 개발했다. 또 이 시스템은 인간의 피부와 동등한 터치 감각을 가질 수 있다고 연구팀은 밝혔다.

전자피부(Asynchronous Coded Electronic Skin. 이하, ACES) 센서

새로운 전자 피부 시스템은 매우 높은 반응성과 손상에 대한 견고성을 가지며, 모든 종류의 센서 스킨 층과 쌍을 이루어 전자 스킨으로 효과적으로 기능할 수 있으며 사람의 피부 신경 다발과는 달리 인간의 센서 신경계와 같은 신호를 감지하고 단일 전기 도체(導體)를 통해 연결된 센서 네트워크로 구성되어 있다.

벤자민 티 교수는 "개발된 신경계는 매우 효율적이며 우리가 종종 당연한 것으로 생각하는 한도 내내 작동합니다. 또한 손상에 매우 강합니다. 예를 들어, 우리의 촉감은 상처를 입었을 때 영향을 받지 않습니다. 이처럼 생물학적 시스템의 작동 방식을 모방하여 더 나은 시스템을 만들 수 있다면 전자 스킨이 주로 적용되는 로봇 공학 분야에서 엄청난 발전을 이룰 수 있을 것입니다"라고 말했다.

벤자민 티 조교수(왼쪽) 연구팀(사진:
벤자민 티 조교수(왼쪽) 연구팀(사진:NUS)

연구팀에 따르면 ACES는 사람의 감각 신경계보다 1,000 배 이상 빠른 터치를 감지 할 수 있다. 예를 들어, 센서가 많은 경우에도 60나노초(1 나노초는 10억 분의 1초) 로 전자 스킨 기술에서 가장 빠른 속도로 여러 센서간에 물리적 접촉을 차별화 할 수 있다. 또 ACES는 눈 깜박임보다 10배 빠른 10밀리 초 내에 물체의 모양, 질감 및 경도를 정확하게 식별할 수 있다. 이는 ACES 시스템의 정밀도와 캡처 속도로 가능해 진 것이라고 밝혔다.

특히, ACES는 환경과의 빈번한 물리적 접촉으로 인한 손상에 대해 높은 견고성을 달성하도록 설계될 수 있으며, 기존 전자 스킨에서 센서를 상호 연결하는 데 사용되는 현재 시스템과 달리 ACES의 모든 센서는 각 센서가 독립적으로 작동하는 공통 전기 전도체에 연결할 수 있다. 이를 통해 ACES 가능 전자 스킨은 센서와 도체 사이에 하나의 연결이 있는 한 계속 작동하여 손상에 덜 취약하다.(아래는 ACES 개요 및 시연영상)

한편 ACES는 배선 시스템이 간단하고 센서 수가 증가 하더라도 응답성이 뛰어나다. 이러한 주요 특성은 로봇, 보철 장치 및 기타 휴먼머신 인터페이스의 인공지능(AI) 응용을 위한 지능형 전자 스킨의 확장을 용이하게 할 것으로 예상된다. 이번 개발 및 연구결과는 지난달 18일 과학 저널 Science Robotics 誌에 발표됐다.


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