기초과학연구원(IBS) 나노의학 연구단은 발걸음부터 미세한 세포 움직임까지 포착하는 3D 촉각 인식장치를 개발했다. 큰 힘부터 초미세 압력까지 넓은 스펙트럼의 힘 감지가 가능하며, 기존의 인식장치에 비해 약 100배 이상의 정밀도를 갖는다.

촉각은 피부에 닿아서 느끼는 감각이며, 압각(압력), 온각(따뜻함), 냉각(차가움), 통각(아픔) 등이 있다. 인간의 감각 중 가장 원시적인 감각인 촉각을 직관적으로 측정하고 표현하는 장치를 ‘촉각 인식장치’라고 한다.

3D 촉각 인식장치 내에는 힘, 온도, 소리 등 추상적인 물리량을 전기 신호로 변환하는 전자 부품인 ‘센서’가 있다. 센서의 개수가 많고 조밀하게 배열될수록 보다 정밀하게 촉각을 감지할 수 있다. 기존에는 센서를 조밀하게 배열하는 것이 어려웠지만, 이번 연구로 압력에 따라 두께가 변화하는 센서를 개발하면서 조밀한 배열이 가능해졌다. 촉각을 고해상도로 보다 세밀하게 감지할 수 있게 된 것이다.

연구팀은 사람 머리카락 단면(약 0.4 mm²)보다 작은 면적에 가로 20줄, 세로 20줄의 정사각형 형태로 총 400개의 센서를 배열하여 3D 촉각 인식장치를 개발하고 장치가 잘 작동하는지 실험을 진행했다. 우선, 50kg의 사람이 굽 반경 1cm 구두를 신고 인식장치를 밟았을 때, 굽에 가해지는 압력의 면적과세기가 인식장치에 실시간으로 표시됨을 확인했다. 또한, 사람 심장세포의 움직임을 3차원으로 측정하여, 심장세포 하나가 박동할 때의 압력이 구두 굽으로 밟는 힘보다 약 10,000배 미세함을 확인했다.

▲ 촉감 인식장치로 구두 굽 압력 감지. 압력이 셀수록 초록색이 짙어진다.

▲ 감 인식장치로 사람 심장세포 움직임 감지. 압력이 감지되지 않는 경우 파란색으로 보이고, 압력이 셀수록 빨간색으로 표시된다.

추가적으로 3D 촉각 인식장치에 촉각을 감지하면 스스로 빛을 내는 화학물질을 결합하여, 3차원 촉각 분포를 맨눈으로 쉽게 관찰할 수 있도록 했다. 촉각을 시각화함으로써 촉각 인식장치에 대한 사용자 경험을 효과적으로 증대시켰다.

박장웅 연구위원은 “이번 연구로 개발한 3D 촉각 인식장치는 전자기기 산업부터 건강관리 및 의료 분야까지 다양하게 활용될 것”이라며 “향후 심장 박동 및 혈압 등을 모니터링 하는 장치를 개발하고 신체 정보를 데이터화 하여 인공지능 진단 등에 활용할 계획”이라고 말했다.

연구결과는 국제학술지 나노레터스(Nano Letters) 1월 15일자 표지논문으로 게재되었다.

IBS 커뮤니케이션팀
박인혜