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로봇, 인간에 한 발짝 더 다가서다...피부 통해 감각 느껴

[한국 중앙일보] 기사입력 2018/09/12 01:15

로봇이 인간에게 한 발짝 더 가까워졌다. 피부를 통해 감각을 구분하고 느낄 수 있게 된 것이다.


오늘날 로봇연구는 인간과 같은 기능을 가진 휴머노이드, 몸에 착용 하는 헬스케어 장치 등 인간처럼 촉각을 구현하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 사진은 지난 6월 7일 스페인 북부 팜플로나에 위치한 나바라 공립대학교에서 선 보이고 있는 휴머노이드 '소피아' [EPA=연합뉴스]

한국연구재단(NRF)은 12일, 한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 스티브 박 교수와 기계공학과 김정 교수 공동연구팀이 로봇과 같은 3차원 구조물의 표면에 코팅이 가능한 '로봇피부'를 개발했다고 밝혔다. 이 피부는 압력과 마찰력을 정확하게 구분할 수 있으며 자극이 발생하는 위치도 구분할 수 있는 것으로 알려졌다.

뿌려서 증발시키면 피부만 남는다...3차원 구조물에 적용 쉬운 로봇피부

연구팀은 먼저 3차원 형태의 로봇에 피부를 균일하게 입히기 위해 '로봇피부 용액'을 개발했다. 압력ㆍ마찰에 서로 다르게 반응하는 탄소나노튜브ㆍ탄성중합체ㆍ물의 혼합용액을 로봇 표면에 뿌리고 열을 가하면, 액체는 증발하고 피부만 남는 원리다.


카이스트 신소재공학과 스티브 박 교수와 기계공학과 김정 교수 공동연구팀이 개발한 로봇피부가 스프레이 코팅 기법을 활용하여 로봇에 코팅되는 모식도. 로봇피부 관련 연구는 국제 학술지 ACS Nano 8월 28일자 표지 논문으로 게재됐다. [한국연구재단]

이렇게 형성된 로봇피부는 내부에 공기 구멍이 많은 '다공성' 구조다. 그래서 마찰과 압력의 구분이 가능하다.

피부에 마찰이 가해지면 기공 내부에 미세한 균열이 생기면서 전기저항이 증가하게 되지만, 압력이 가해질 경우 기공이 닫히면서 전류도 최소화돼 저항의 변화가 일어나지 않게 된다. 즉 전기저항이 커지면 마찰, 저항변화가 없으면 압력으로 인식하는 셈이다.


목각 손 모형에 개발된 로봇피부 용액을 뿌린 뒤 가열하여 3차원 표면에 로봇피부를 형성시켰다. 손가락이 구부러짐에 따라 로봇피부에 인장력이 가해져 신호가 바뀌는 것이 확인됐다. 또한 로봇피부 용액을 이용해 원하는 모양의 로봇피부 제작이 가능하다. [한국연구재단]

연구를 진행한 스티브 박 교수는, "용액공정으로 인체와 비견될 정도로 복잡한 로봇 표면에 쉽고 균일하게 피부를 입힐 수 있게 됐다"며 "벽지를 바르는 것보다 페인트칠이 쉬운 원리"라고 설명했다. 기존 로봇피부에 비해 코팅이 쉽고 저렴해, 저비용으로 대형 로봇에 피부를 입힐 수 있다는 설명이다.

인바디 원리로 자극이 오는 위치와 종류 구분 가능...EIT영상법

로봇피부가 자극의 위치를 구분하는 것은 '전기임피던스영상법(EIT)' 덕분이다. 박 교수는 EIT를 인바디(체성분 분석기)에 비유했다. 생체전기신호로 신체의 성분을 분석하는 인바디처럼, 전기영상을 통해 자극이 오는 위치를 알 수 있다는 것이다.


로봇피부가 인식하는 자극의 위치는 전기임피던스영상(EIT)으로 확인이 가능하다. 압력이 가해질 경우 로봇피부의 신호변화가 없는 반면, 인장력이 가해지는 부위에는 로봇피부의 전도도가 감소하여 신호변화가 발생하는 점에 착안한 것이다. [한국연구재단]

실제로 압력이 가해진 부분은 신호 변화가 없었지만, 마찰이 가해진 부위는 전도도가 감소해 신호 변화가 발생한 것이 확인됐다. EIT를 이용한 자극인식법은 전기 배선이 거의 필요 없고 피부 모서리에만 전극을 설치하면 돼, 대형 로봇에도 적용이 쉽다.

박 교수는 "로봇 활용이 증가하고 로봇 피부 연구가 활발히 진행되고 있지만, 실용성에는 한계가 많았다"며 "이번 연구로 로봇에게도 인간 수준의 감각을 부여할 수 있을 것으로 기대되며 상용화에도 한 걸음 다가갔다고 생각된다"고 밝혔다.

이번 연구결과는 지난달 28일, 국제학술지 'ACS 나노(ACS Nano)'의 표지논문으로 게재됐다.

허정원 기자 heo.jeongwon@joongang.co.kr


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