외부 반응에 따라 늘어나고 줄어드는 피부의 변형을 AI(인공지능)로 정확하게 감지하는 피부 부착형 센서가 개발됐다. 근육과 관절의 움직임을 실시간 측정할 수 있어 사람의 피부에 붙이는 웨어러블 기기나 로봇 전자피부, 의수·의족 등에 활용될 전망이다.
한국전자통신연구원(ETRI)은 중앙대 연구팀과 함께 360도 방향에 걸쳐 피부가 늘어나고 줄어드는 신축량과 변형 방향을 98%의 정확도로 감지하는 '피부 부착형 스트레인 센서'를 개발했다고 8일 밝혔다.
스트레인은 물체가 외부의 힘을 받았을 때 생기는 길이의 변화를 뜻한다. 기존 피부 부착 스트레인 센서는 고무 등 신축성 소재와 그래핀, 탄소나노튜브 등 전도성 나노 소재를 결합한 신축성 전도체 채널로 만들어 채널이 늘어나고 줄면서 변화하는 전기 저항값으로 변형량을 감지했다. 하지만, 미리 정해진 특정 방향으로 가해지는 변형만을 감지할 수 있어 상황에 따라 여러 방향으로 변형되는 피부의 특성을 정확히 측정하는 데 한계가 있었다.
연구팀은 일자 형태의 신축성 전도체 채널을 늘어나지 않는 두 개의 단단한 영역 사이에 걸쳐, 360도로 늘어나는 방향에 따라 저항 증감을 주기적으로 측정하는 구조를 설계했다. 세 개의 센서를 서로 다른 방향으로 인접하게 배치해 각각의 신호 조합을 통해 특정 부위의 신축 방향과 변형량을 동시에 감지하도록 구현한 것이다.
이 센서는 다양한 데이터들을 인공신경망 알고리즘을 통해 학습해 30% 신축 범위에서 98% 정확도로 신축 방향과 변형량을 추출할 수 있다. 센서에 사용된 소재들은 인체에 무해해 피부 부착이나 인체 각 부위의 동작 감지에 적용할 수 있고, 인쇄공정을 통해 제작 단가도 낮아 일회용 센서로 활용할 수 있다고 연구팀은 설명했다.
김성현 ETRI 플렉시블전자소자연구실 책임연구원은 "AI 알고리즘을 이용해 단순한 구조의 센서임에도 피부의 복잡한 변형 양상을 정확히 측정할 수 있다"며 "근육과 관절의 움직임 측정에 센서를 적용해 근골격 질환 진단과 상시 재활 치료에 활용할 수 있도록 3년 이내 상용화할 계획"이라고 말했다.이 연구성과는 국제 학술지 '어드밴스드 머터리얼즈(지난달 5일자)' 온라인에 실렸다이준기기자 bongchu@dt.co.kr
ETRI가 개발한 '피부 부착형 스트레인 센서' 제작도
ETRI 제공
ETRI는 360도 방향에 걸쳐 피부가 늘어나고 줄어드는 신축량과 변형 방향을 AI 알고리즘을 적용해 98% 정확도로 감지하는 '피부 부착형 스트레인 센서'를 개발했다.
