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ETRI 연구진이 개발한
고무형태의 압력센서

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장애인의 의수(義手)나 의족(義足),
로봇에 직접 부착이 가능한
센서 개발에 성공한 ETRI 연구진

최근 발표되는 전자 피부 기술의 발전은 높은 가능성을 증명하고 있다. 특히 웨어러블 기기의 최종 목적지는 입는 대신 부착하거나 몸에 삽입하는 형태가 되리라 예상되는데, 전자 피부의 역할이 클 것으로 기대한다.

고무줄처럼 늘었다 줄었다 할 수 있는 전자 피부도 등장했다. 미국 미네소타 대학교(University of Minnesota) 연구팀이 발표한 ‘스트레쳐블 스킨(Stretchable skin)’이다. 또 2019년 싱가포르 국립대학교에서 개발한 전자 피부 ‘ACES(Asynchronous Coded Electronic Skin)’는 사람보다 1,000배 더 빠르게 대상을 감지할 수 있었다. 실제 속도를 측정한 결과 사람이 눈을 깜빡이는 속도보다 10배 빠른 10밀리초(millisecond, ms) 내에 물체의 강도, 질감, 모양 등을 정확히 식별했다. 이런 기술이 가능해진 이유는 사람의 신경 역할과 같은 센서 덕분이다. 연구팀이 기능을 확장하기 위해 센서 수를 1만 개까지 늘리는 데 성공했기 때문이다.

전자 피부는 한국 과학자들이 많이 활약하는 분야이기도 하다. 2018년 2월, ETRI는 그래핀 복합소재 기반 직물형 센서 개발을 한 데 이어 같은 해 8월에는 센서를 고무형으로 만드는 데 성공했다. 수천 번 구부리거나 늘려도 높은 재현성을 갖고 기존 센서 대비 10배 이상 높은 민감도를 지닌 고무형 압력 변형(Strain) 복합센서를 개발한 것이다. 연구진은 이와 같은 고무형 센서가 향후 의수나 의족, 로봇에 먼저 적용이 가능하고 병원의 재활치료에도 큰 도움을 줄 것으로 내다보고 있다.

특히 재활치료의 경우, 치료과정의 회복 정도를 알기 매우 어려웠는데 본 센서를 활용하게 되면 치료 정도의 정확한 정량 분석이 가능하다고 설명한다. 즉 환자가 팔을 올리는 재활 과정에서 피부에 센서를 붙여 측정케 되면 팔 올림에 따른 저항 변화를 쉽게 관측이 가능하다는 것이다. 또 자동차 시트에 본 센서를 붙여 활용하면 운전자의 습관을 쉽게 파악할 수 있어 장시간 운전 시 나타나는 특유의 질병, 또는 근 골격계 질환의 원인을 알게 되어 치료도 도울 수 있다고 보고 있다.

미래에는 전자 피부를 통해 인체와 같은 팔과 다리, 손과 발 등의 제작이 가능할 전망이다. 특히, 로봇은 물론 의료 분야, 재활치료 기기 분야 일대에 혁명을 가져올 것으로 예상한다. 영국 워릭대학교 WMG(Warwick Manufacturing Group)에서는 병원에 가지 않고 가정에서 수행할 수 있는 물리치료 과정에 전자 피부를 투입해 원격 진료체계에 새로운 패러다임을 열어가고 있다. 병원에 가지 않아도 환자 신체에 전자 피부 패드를 부착함으로써 환자의 움직임을 일일이 확인할 수 있기 때문이다.

또한, 재활치료기기의 경량화는 물론 고가형의 중대형 기기인 현재의 단점을 극복하기 위해 유연하고 가벼운 소재로 이루어진 소프트 웨어러블 재활 기기가 개발될 것으로 예상한다.

ETRI 연구진이 개발한 직물형 압력 센어의 손끝 압력에 따른 저항변화 측정

이 밖에도 전자 피부가 산업에 미치는 영향은 지대하다. 가령 딱딱한 움직임을 보이는 로봇도 전자 피부의 개발로 사람처럼 부드럽고 유연한 행동이 가능해졌다. 영화 ‘터미네이터’에 나오는 사람과 같은 로봇이 현실에서 구현될 수 있다는 것이다. 전자 피부는 수술용 로봇에도 적용되어 수술 부위의 촉감을 집도의에게 정확하게 전달할 수 있는 정교한 수술이 가능하게 할 것이다.

기술이 진보하면서 인간은 점차 전자 장치를 삽입하거나 착용하고 반대로 로봇은 인간을 닮아가는 아이러니를 느낄 수 있다. 나무로 만들어진 피노키오가 진짜 아이가 되고 싶었던 꿈을 전자피부 기술이 이뤄줄 수 있지 않을까 상상해본다.

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ETRI 연구진이 개발한
얇고 투명한 초감도 압력센서시트