요약
발걸음부터 미세한 세포 움직임까지 포착하는 3D 촉각 인식장치가 개발됐습니다. 인식 장치에 압력을 감지하는 발광 물질을 결합했다고 하는데요. 발걸음 같은 큰 힘부터 세포 움직임 같은 초미세 압력까지 넓은 스펙트럼의 힘 감지가 가능해졌습니다. 기존의 인식 장치에 비해 약 100배 이상 정밀도를 향상시킨 것으로 전자기기 산업부터 건강관리 및 의료 분야까지 다양하게 활용될 수 있습니다.
기초과학연구원(IBS) 나노의학연구단 연구위원이자 연세대학교 신소재공학과 교수인 박장웅 박사는 큰 힘부터 초미세 압력까지 3차원으로 감지할 수 있는 고해상도 촉각 인식 장치를 개발했습니다. 인식장치에 압력을 감지하는 발광 물질을 결합했다고 하는데요. 해당 연구는 <Nano Letters>에 게재됐습니다.
온도와 소리, 빛을 피부로 감지하는 '촉각 인식 장치'
촉각은 피부에 닿아서 느끼는 감각이며 압각(압력), 온각(따뜻함), 냉각(차가움), 통각(아픔) 등이 존재합니다. 인간의 감각 중 가장 원시적인 감각인 촉각을 직관적으로 측정하고 표현하는 장치를 '촉각 인식 장치'라고 하는데요. 최근 온도, 소리, 빛 등을 피부로 감지하고 데이터화하는 다양한 인식 장치가 개발되고 있습니다.
3D 촉각 인식 장치 내 센서 개수가 많고 조밀하게 배열될수록 보다 세밀하게 촉각을 감지가 가능한데요. 기존에는 이웃한 센서 간의 간섭이 심해 조밀하게 배열하는 것이 어려웠지만 이번 연구로 압력에 따라 두께가 변화하는 물질을 이용한 트랜지스터 센서를 개발하여 센서 간 간섭 없이 조밀한 배열이 가능하도록 했습니다. 이는 촉각을 고해상도로 세밀하게 감지할 수 있도록 해줍니다.
큰 힘부터 미세한 힘까지
연구팀은 사람 머리카락 단면(약 0.4 mm2)보다 작은 면적에 가로 20줄, 세로 20줄의 정사각형 형태로 총 400개의 센서를 배열하여 3D 촉각 인식 장치를 개발하고 장치가 잘 작동하는지 실험을 진행했습니다.
우선, 50kg의 사람이 굽 반경 1cm 구두를 신고 인식장치를 밟았을 때, 굽에 가해지는 압력의 면적과 세기가 인식 장치에 실시간으로 표시됨을 확인했습니다. 또한, 사람 심장세포의 움직임을 3차원으로 측정해 심장세포 하나가 박동할 때의 압력이 구두 굽으로 밟는 힘보다 약 10,000배 미세함을 확인했습니다.
추가적으로 연구팀은 3D 촉각 인식 장치에 촉각을 감지하면 스스로 빛을 내는 화학물질을 결합해 3차원 촉각 분포를 맨눈으로 쉽게 관찰할 수 있도록 했습니다. 촉각을 시각화함으로써 촉각 인식 장치에 대한 사용자 경험을 효과적으로 증대시켰습니다.
이전에는 목적에 따른 특정 압력 범위만 좁게 측정이 가능했지만 이번에 개발한 3D 촉각 인식 장치로 발걸음 같은 큰 힘부터 세포 움직임 같은 초미세 압력까지 넓은 스펙트럼의 힘 감지가 가능해졌습니다. 이는 넓은 감지 범위를 갖는 기존의 인식 장치에 비해 약 100배 이상 정밀도를 향상시킨 것으로 전자기기 산업부터 건강관리 및 의료 분야까지 다양하게 활용될 수 있습니다.
박장웅 연구위원은 "향후 심장 박동 및 혈압 등을 모니터링 하는 장치를 개발하고 신체 정보를 데이터화 하여 인공지능 진단 등에 활용할 계획"이라며 "폭넓은 활용을 위해 촉각뿐만 아니라 단백질 정보까지 함께 감지할 수 있는 장치도 후속 연구로 개발 중"이라고 덧붙였습니다.
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