한국전자통신연구원(ETRI)이 360도 전 방향에 걸쳐 신축량과 변형 방향을 98%의 정확도로 감지할 수 있는 스트레인 센서를 개발했다. ETRI는 개발 기술이 재활, 헬스케어, 로봇의 전자피부에 활용될 것으로 기대했다. 

기존 피부부착 스트레인 센서는 고무와 같은 신축성 소재와 그래핀, 탄소나노튜브(CNT) 등 전도성 나노소재를 더해 신축성 전도체 채널을 만든 뒤 채널이 늘어나고 줄면서 변화하는 전기 저항값으로 변형의 크기를 감지했다.

하지만 이런 구조는 미리 정해진 특정 방향으로 가해지는 변형만을 감지할 수 있어 같은 부위라도 상황에 따라 여러 방향으로 늘어나는 피부의 특성을 정확히 측정할 수 없는 한계가 있었다. 

9일 ETRI에 따르면, 중앙대학교 연구진과 협력해 센서 구조에 인공지능(AI) 알고리즘을 적용해 크기와 방향을 98% 정밀도로 예측할 수 있는 스트레인 센서를 개발했다. 일자 형태의 방향성 센서 구조를 통해 2개의 단단한 영역 사이에 걸쳐 360도로 늘어나는 방향에 따라 주기적인 저항 증감 특성을 나타내는 새로운 구조를 구현한 것이다.

ETRI는 이 기술을 통해 3개의 센서를 서로 다른 방향으로 인접하게 배치하면 특정 부위의 신축 방향과 변형량을 동시에 도출할 수 있으며, 센서 데이터를 AI 알고리즘을 통해 학습·분석해 30% 신축 범위에서 신축 방향과 변형량을 98% 정확도로 추출할 수 있다고 설명했다. ETRI는 현재 이 기술에 대한 특허 출원을 완료했다. 

또 인체에 무해한 소재로 피부부착이 가능해 인체 각 부위의 동작감지에 널리 사용될 수 있으며 다양한 감각을 인지를 위해 다량의 개별센서가 필요하고, 신호 해석 시간에 따른 지연 현상이 존재하던 기존 기술이 단점도 해소할 수 있을 것으로 ETRI는 기대했다.

ETRI 플렉시블전자소자연구실 김성현 책임연구원은 “이번에 개발한 고정확 스트레인 센서는 간단한 구조로도 피부의 복잡한 변형 양상을 정확히 측정할 수 있어 재활치료, 헬스케어, 로봇, 의족/의수, 웨어러블 기기 등 전자피부가 필요한 분야에 폭넓게 활용이 가능할 것이다”고 말했다.

중앙대 박성규 교수는 “개발된 기술은 AI 알고리즘을 이용해 단순한 센서 모듈로도 다양한 특성을 동시에 인식하고 기존 방식의 시공간적인 제약을 탈피할 수 있는 획기적인 시도로 AI 기반 시스템에 두루 응용될 수 있다”고 밝혔다.

한편, 연구진은 3년 내 상용화를 목표로, 다양한 동작에서 근육·관절의 움직임 측정에 적용해 근골격 질환의 진단과 상시 재활치료에 적용할 수 있도록 추가 연구를 진행할 계획이다.