인간 피부와 동등한 터치 감각의 '전자피부 센서시스템' 개발
ACES는 사람의 감각 신경계보다 1,000 배 이상 빠른 터치를 감지 할 수 있으며, 배선 시스템이 간단하고 센서 수가 증가 하더라도 응답성이 뛰어나다. 이러한 주요 특성은 로봇, 보철 장치 및 기타 휴먼머신 인터페이스의 인공지능(AI) 응용을 위한 지능형 전자 스킨의 확장을 용이하게 한다.
사람들은 커피 한 잔을 건네거나 악수를 하는 것과 같은 거의 모든 일상 업무를 위해서는 인간의 감각을 사용한다. 마찬가지로 로봇 또는 보철 장치 등에 휴먼머신 인터페이스와 인간과 더 나은 상호 작용과 서비스를 위해서 촉감(觸感)은 필수적이지만 여전히 물체를 잘 느끼지 못한다.
인간 감각 신경계에서 영감을 얻은 싱가포르 국립 대학교(National University of Singapore NUS) 재료공학과 벤자민 티(Benjamin Tee) 조교수 팀이 잠재적으로 인간보다 더 나은 성능을 발휘할 수 있는 인공신경 비동기식전자피부(Asynchronous Coded Electronic Skin. 이하, ACES) 센서 시스템을 개발했다. 또 이 시스템은 인간의 피부와 동등한 터치 감각을 가질 수 있다고 연구팀은 밝혔다.
새로운 전자 피부 시스템은 매우 높은 반응성과 손상에 대한 견고성을 가지며, 모든 종류의 센서 스킨 층과 쌍을 이루어 전자 스킨으로 효과적으로 기능할 수 있으며 사람의 피부 신경 다발과는 달리 인간의 센서 신경계와 같은 신호를 감지하고 단일 전기 도체(導體)를 통해 연결된 센서 네트워크로 구성되어 있다.
벤자민 티 교수는 "개발된 신경계는 매우 효율적이며 우리가 종종 당연한 것으로 생각하는 한도 내내 작동합니다. 또한 손상에 매우 강합니다. 예를 들어, 우리의 촉감은 상처를 입었을 때 영향을 받지 않습니다. 이처럼 생물학적 시스템의 작동 방식을 모방하여 더 나은 시스템을 만들 수 있다면 전자 스킨이 주로 적용되는 로봇 공학 분야에서 엄청난 발전을 이룰 수 있을 것입니다"라고 말했다.
연구팀에 따르면 ACES는 사람의 감각 신경계보다 1,000 배 이상 빠른 터치를 감지 할 수 있다. 예를 들어, 센서가 많은 경우에도 60나노초(1 나노초는 10억 분의 1초) 로 전자 스킨 기술에서 가장 빠른 속도로 여러 센서간에 물리적 접촉을 차별화 할 수 있다. 또 ACES는 눈 깜박임보다 10배 빠른 10밀리 초 내에 물체의 모양, 질감 및 경도를 정확하게 식별할 수 있다. 이는 ACES 시스템의 정밀도와 캡처 속도로 가능해 진 것이라고 밝혔다.
특히, ACES는 환경과의 빈번한 물리적 접촉으로 인한 손상에 대해 높은 견고성을 달성하도록 설계될 수 있으며, 기존 전자 스킨에서 센서를 상호 연결하는 데 사용되는 현재 시스템과 달리 ACES의 모든 센서는 각 센서가 독립적으로 작동하는 공통 전기 전도체에 연결할 수 있다. 이를 통해 ACES 가능 전자 스킨은 센서와 도체 사이에 하나의 연결이 있는 한 계속 작동하여 손상에 덜 취약하다.(아래는 ACES 개요 및 시연영상)
한편 ACES는 배선 시스템이 간단하고 센서 수가 증가 하더라도 응답성이 뛰어나다. 이러한 주요 특성은 로봇, 보철 장치 및 기타 휴먼머신 인터페이스의 인공지능(AI) 응용을 위한 지능형 전자 스킨의 확장을 용이하게 할 것으로 예상된다. 이번 개발 및 연구결과는 지난달 18일 과학 저널 Science Robotics 誌에 발표됐다.