이슈) 인간 촉감 인지모사, 자기 시냅스가 결합된 원격 촉각 센싱 기술
이슈) 인간 촉감 인지모사, 자기 시냅스가 결합된 원격 촉각 센싱 기술
  • 최광민 기자
  • 승인 2017.12.21 12:41
  • 댓글 0
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뇌에서 인지하듯이 로봇 손끝에 장착, 실제 사람처럼 촉각을 느낄 수 있는
원격 촉각 센싱 장비를 세 손가락 끝에 부착하고 물속에서 정상작동 여부를 실험하는 모습으로 손가락 끝으로 야구공을 잡으면 그 압력이 공압튜브를 따라 전달되고 센서에 전기신호로 나타난다.압력의 세기에 따라 신호 색도 점점 붉어진다. 접촉부와 센싱부가 떨어져 있기 때문에 접촉부가 물속에 있어도 정상적으로 작동하고 있다.(사진:기계연)

뉴런(neuron)과 근육세포 사이의 시냅스(synapse) 연결을 신경근접합부(neuromuscular junction)라고 한다. 시냅스는 화학 시냅스(chemical synapses)와 전기 시냅스(electrical synapses) 두 가지로 구분된다. 화학 시냅스는 시냅스 사이로 신경전달물질(화학물질, synaptic transmitter)을 분비하고 전달한다. 전기 시냅스는 뉴런과 뉴런 사이에 직접적인 통신이 일어나게 한다. 화학적 전달은 척추동물의 신경계에서 진화돼왔다.

시냅스는 뉴런이나 세포들과 접촉하여 정보가 오고가는 부분으로 신호를 주는 뉴런을 시냅스전 뉴런이라 부르며, 신호를 받는 부분을 시냅스 후라고 칭한다. 인간은 1억 개의 뉴런에 수천억 개 이상의 시냅스가 존재하며, 사람의 뇌는 출생시 600억~1,000억 개의 뉴런이 만들어져 있고, 여기에는 수 백조 이상의 시냅스가 포함된다.

사람 손끝의 촉감을 신경 시냅스를 통해 뇌에서 인지하듯이 로봇 손끝에 장착되어 실제 사람의 피부처럼 촉각을 느낄 수 있는 센싱 기술이 국내연구진에 의해 개발됐다. 한국기계연구원(원장 박천홍, 이하 기계연) 나노자연모사연구실(실장 임현의)과 DGIST(대구경북과학기술원) 김철기 교수 공동연구팀은 ‘자기 시냅스가 결합된 원격 촉각 센싱 기술’을 개발했다.

공압을 기반으로 한 원격 촉각 센싱 인체모사 개념도로 로봇 손가락의 끝에 달린 접촉부에서 촉각이 입력되면 공압튜브를 따라 압축된 공기가 이동하고 센싱부의 자석을 움직인다. 자기저항 센서는 이 세기 변화를 감지해 촉각을 전기신호로 바꾸게 된다. 사람의 중추신경계에서 시냅스를 통해 신경 신호가 전달되는 원리와 유사하다.

이 기술은 접촉부와 센서부 사이가 물리적으로 떨어져 있는 원격방식이다. 접촉부에서 직접 센싱을 하지 않기 때문에 접촉부에 사용된 유연 소재의 점성과 탄성의 성질을 동시에 갖는 점탄성과 무관하게 안정적인 측정 결과를 얻을 수 있다. 즉, 접촉부에 피부와 유사한 부드러운 소재를 써도 그 성질과 관계없이 정확한 값을 반복적으로 얻을 수 있다는 의미다.

한국기계연구원 나노자연모사연구실에서 개발한 원격 촉각 센싱 시스템 중 공압튜브가 연결된 센싱부의 모습

이번 연구 성과는 기계부터 재료, 전자, 물리, 화학까지 다양한 공학 분야의 전공자들이 머리를 맞댄 융합연구 성과라는 점에서 더욱 의미가 있으며, 특히 이 기술은 촉감을 느끼는 접촉 부분과 센서 부분을 공압튜브로 연결하여 기존의 전자센서가 작동하기 어려웠던 수중, 고온의 환경에서도 활용할 수 있다.

임현의 나노자연모사연구실장은 "원격 촉각 센싱 기술은 기존의 유연소재를 이용한 촉각센서에서 나타날 수 있는 문제를 해결한 기술"이라며, "바이오닉 암 또는 로봇에 적용하면 원전 사고 현장이나 물 속 등 기존 전자센서가 작동하기 어려운 극한 환경에서도 신뢰도 높은 촉감 정보를 확보할 수 있어 국민의 복지 향상과 안전에 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.

한국기계연구원 나노자연모사연구실 연구팀이 원격 촉각 센싱 장비가 부착된 로봇 손을 들어 보이고 있다. 임현의 나노자연모사연구실장(왼쪽)과 오선종 연구원(가운데), 정영도 연구원(오른쪽)

한편 이번 연구성과는 수행 세계적 학술지인 네이처 자매지 '사이언티픽 리포트(Scientific Reports)' 온라인에 'Remote tactile sensing system integrated with magnetic synapse'라는 제목으로 12월 5일 게재됐다.

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