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로봇피부, 인간처럼 '압력·마찰' 느낀다

KAIST 스티브 박·김정 교수팀 주도…3차원 표면 용액 코팅법 구현

머니투데이 류준영 기자 |입력 : 2018.09.12 12:00
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다양한 코팅법을 활용한 로봇피부의 제작 및 로봇피부 신호 확인<br><br>목각 손 모형에 개발된 로봇피부 용액을 뿌린 뒤 가열하여 3차원 표면에 로봇피부를 형성시켰다. 손가락이 구부러짐에 따라 로봇피부에 인장력이 가해져 신호가 바뀌었다. 또한 로봇피부 용액을 이용해 원하는 모양의 로봇피부 제작이 가능하다/사진=한국연구재단
다양한 코팅법을 활용한 로봇피부의 제작 및 로봇피부 신호 확인<br><br>목각 손 모형에 개발된 로봇피부 용액을 뿌린 뒤 가열하여 3차원 표면에 로봇피부를 형성시켰다. 손가락이 구부러짐에 따라 로봇피부에 인장력이 가해져 신호가 바뀌었다. 또한 로봇피부 용액을 이용해 원하는 모양의 로봇피부 제작이 가능하다/사진=한국연구재단
3차원(D) 표면에 코팅이 가능하며 자극도 구분하는 로봇피부를 카이스트(KAIST) 스티브 박 교수와 김정 교수로 이뤄진 공동연구팀이 개발했다고 12일 밝혔다.

인간과 로봇의 상호작용이 빈번해짐에 따라 로봇에게도 인간과 유사한 수준의 촉각을 구현하기 위한 로봇피부 연구가 활발히 진행중이다.

연구팀이 개발한 로봇피부는 용액을 뿌린 뒤 굳히는 방식이다. 따라서 로봇이 복잡하게 생겼더라도 전체적으로 균일하게 도포할 수 있다.

용액은 탄소나노튜브, 물, 탄성중합체를 혼합해 제작했다. 로봇피부 용액을 고온에서 가열하면 신축성 있는 다공성 구조의 로봇피부가 형성된다.

이처럼 간편한 용액공정이므로 복잡한 공정시설을 갖출 필요가 없어 비용을 줄일 수 있다. 또 대면적·대량생산이 가능하다.

전기임피던스영상법을 활용한 다양한 자극 측정&lt;br&gt;&lt;br&gt;전기임피던스영상법을 활용하여 압력과 인장력을 측정하였다. 압력이 가해질 경우 로봇피부의 신호변화가 없다. 반면에 인장력이 가해지는 곳에는 로봇피부의 전도도가 감소하여 신호변화가 발생한다/사진=한국연구재단
전기임피던스영상법을 활용한 다양한 자극 측정<br><br>전기임피던스영상법을 활용하여 압력과 인장력을 측정하였다. 압력이 가해질 경우 로봇피부의 신호변화가 없다. 반면에 인장력이 가해지는 곳에는 로봇피부의 전도도가 감소하여 신호변화가 발생한다/사진=한국연구재단

인간의 피부는 다양한 자극 수용기를 통해 압력, 마찰 등의 자극을 구분한다. 하지만 기존의 로봇피부들은 이를 구분하지 못한다. 때문에 로봇에게 여러 자극이 가해져도 로봇은 어떠한 방향에서 어떤 자극이 가해졌는지 인지할 수가 없다.

연구진이 개발한 로봇피부는 수직 압력과 마찰에 대해 피부의 내부구조가 각각 다르게 변형되도록 설계돼 인간처럼 압력과 마찰을 구분할 수 있다.

스티브 박 교수는 “로봇피부에 마찰이 가해질 경우 기공의 내부에 미세 균열이 발생해 저항이 증가하는 반면, 압력이 가해질 경우 기공이 닫히면서 구조체 내 전류 흐름의 경로 변화가 최소화돼 저항 변화가 없다”며 “이 연구에서 제작된 로봇피부의 경우 압력에는 둔감하고 마찰에는 민감한 특성을 보인다”고 설명했다.

연구진은 로봇피부를 실제 로봇에 활용하기 위해 전기임피던스영상법(EIT)이라는 의료 영상 기법과 결합했다. EIT는 전극을 소재의 둘레에 부착해 소재의 저항 분포 형상을 촬영하는 이미징 기술을 말한다. EIT는 기존의 전극 배열 방식과 달리 로봇피부의 모서리에만 전극이 필요하므로 전기배선을 최소화 할 수 있다. 이러면 대면적화가 용이하고 3차원 표면에서도 활용할 수 있다. 연구진은 EIT를 활용해 마찰이 가해지는 위치와 크기를 정확히 측정하는 데 성공했다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘ACS 나노’ 최신호 표지논문으로 게재됐다.

류준영
류준영 joon@mt.co.kr twitter facebook

※미래부 ICT·과학 담당

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