촉감 감지하는 로봇 인공 피부 개발

촉감 감지하는 로봇 인공 피부 개발

 

한국과학기술원(KAIST) 신소재 공학과 스티브 박 교수와 기계 공학과 김정 교수 공동 연구팀이 로봇과 같은 3차원 구조물의 표면에 코팅이 가능한 '로봇 피부'를 개발했다고 2018년 09월 12일 밝혔다. 이 피부는 압력과 마찰력을 정확하게 구분할 수 있으며, 자극이 발생하는 위치도 구분할 수 있는 것으로 알려졌다. 연구팀은 먼저 3차원 형태의 로봇에 피부를 균일하게 입히기 위해 '로봇 피부 용액'을 개발했다. 압력. 마찰에 서로 다르게 반응하는 탄소 나노 튜브. 탄성 중합체. 물의 혼합 용액을 로봇 표면에 뿌리고, 열을 가하면, 액체는 증발하고 피부만 남는 원리이다.

 

이렇게 형성된 로봇 피부는 내부에 공기 구멍이 많은 '다공성' 구조이다. 그래서 마찰과 압력의 구분이 가능하다. 피부에 마찰이 가해지면 기공 내부에 미세한 균열이 생기면서 전기 저항이 증가하게 되지만, 압력이 가해질 경우, 기공이 닫히면서 전류도 최소화되어 저항의 변화가 일어나지 않게 된다. 전기 저항이 커지면 마찰로 인식하고, 저항 변화가 없으면 압력으로 인식하는 원리이다.

 

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

 

로봇 피부가 자극의 위치를 구분하는 것은 '전기 임피던스 영상법'(EIT) 덕분이다. 스티브 박 교수는 EIT를 인바디(체성분 분석기)에 비유했다. 생체 전기 신호로 신체의 성분을 분석하는 인바디처럼, 전기 영상을 통해 자극이 오는 위치를 알 수 있다는 것이다.

 

실제로 압력이 가해진 부분은 신호 변화가 없었지만, 마찰이 가해진 부위는 전도도가 감소해서 신호 변화가 발생한 것이 확인됐다. '전기 임피던스 영상법'(EIT)을 이용한 자극 인식법은 전기 배선이 거의 필요 없고, 피부 모서리에만 전극을 설치하면 되기 때문에, 대형 로봇에도 적용이 쉽다.

 

스티브 박 교수는 "로봇 활용이 증가하고 로봇 피부 연구가 활발히 진행되고 있지만, 실용성에는 한계가 많았다", "이번 연구로 로봇에게도 인간 수준의 감각을 부여할 수 있을 것으로 기대되며 상용화에도 한 걸음 다가갔다고 생각된다"고 밝혔다. 이번 연구 결과는 2018년 08월 28일, 국제 학술지 'ACS 나노(ACS Nano)'의 표지 논문으로 게재됐다.