KAIST 정재웅 교수팀, 고감도·광범위 압력 측정 가능한 전자피부 개발

카이스트(KAIST) 전기및전자공학부 정재웅 교수 연구팀이 고감도·광범위 압력 측정이 가능한 로봇용 전자피부를 개발했다. 

연구팀이 개발한 전자 피부는 인간 피부에 비해 더 높은 민감도와 더 넓은 압력 측정 범위를 보여 로보틱스, 헬스케어, 증강현실(AR) 등 다양한 산업 영역에 적용될 수 있을 것으로 기대된다. 

인간 피부의 촉각인지 능력을 모방하는 전자피부는 원격으로 감도와 외압 측정이 가능해 메타버스, 로봇공학, 의료기기 등 다양한 산업에 활용되면서 주목받고 있다. 특히 전자피부의 핵심기술인 압력센서의 민감도를 높이기 위해 많은 연구가 진행됐다.

허나 개발된 고감도 압력센서는 압력감지 범위가 좁은 점이 단점으로 지적돼왔다. 이를 해결하기 위해 광범위 압력감지 센서가 등장했으나 기존 고감도 센서와 비교해 현저히 낮은 민감도를 보였다. 

사용자들은 상황과 목적에 맞춰 별개의 센서를 사용해야 하고, 이 과정에서 측정의 정확도가 떨어지고 번거롭다는 문제도 있었다.

연구팀은 갈륨(Gallium)과 중합체(Polymer)를 합성해 온도에 따라 민감도와 압력감지 범위를 변화시킬 수 있는 가변강성압력센서를 개발했다. 개발된 압력센서는 사용자가 상황과 목적에 맞게 고감도 감지 모드와 광범위 압력감지 모드를 손쉽게 전환할 수 있도록 설계됐다.

압력 센서의 핵심소재는 액체금속 중 하나인 갈륨이다. 갈륨은 금속임에도 미온(29.76도)에서 녹는점을 가져 쉽게 고체와 액체 간의 상태 변화가 가능하다.

연구팀은 내장된 갈륨의 상태에 따라 센서의 강성률이 변화하는 점에 착안해 온도에 따라 민감도와 감지범위 변화가 가능한 압력센서를 제작했다.

연구팀은 미세 유체기반 제작 방식을 통해 균일한 갈륨 미립자를 형성·활용해 센서를 제작했고, 이를 통해 센서 간 균일성·재현성을 극대화해 신뢰성 높은 대면적 전자피부를 제작했다.

이렇게 제작된 전자피부는 인간피부와 비교 시 97% 높은 민감도와 262.5% 넓은 압력 측정 범위를 보였음을 확인했다고 연구팀은 밝혔다.

전자피부의 가변성을 활용해 맥박 측정과 같이 높은 압력 민감도가 필요한 상황과 몸무게 측정과 같이 넓은 감지범위가 필요한 상황 모두에 개발된 로봇피부가 활용될 수 있음을 입증한 것이다.

정재웅 교수는 “액체금속의 상변화를 활용한 이번 기술은 전자피부를 넘어 상황과 목적에 맞게 전기·기계적 특성을 변환시킬 수 있는 다양한 다목적 전자기기, 센서, 로봇 기술의 개발에도 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다”고 말했다.

과학기술정보통신부에서 추진하는 나노 및 소재 기술개발사업, ICT 핵심기술개발사업, 한국전자통신연구원 내부연구개발사업 개방형융합선행연구의 지원을 받아 수행된 이번 연구결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)’ 온라인 버전에 이달 3일 게재됐다.