인간의 피부를 모사한 인공 촉각 인터페이스 시스템

 

이전 글(https://share2learn.tistory.com/43)에서도 소개했듯이, 로봇공학에 있어 전자 피부의 중요성은 날로 커지고 있다. 로봇공학을 넘어 가상현실, 즉, 메타버스에 있어서도 인간의 촉감을 구현가능한 전자 피부는 진정한 가상현실을 설계하는데 필수적이다. 하지만 우리의 촉각 시스템은 단순하지 않다. 사람의 피부는 압력이나 진동 등의 신호를 입력받는 다양한 촉각 수용기가 존재한다. 피부에 가해진 압력과 진동 등의 정보는 slow adaptive mechanoreceptors와 fast adaptive mechanoreceptors를 통해 시간차를 두고 선별적으로 수용된다. 우리가 느끼는 촉감은 이러한 다양한 촉각 수용기들이 선별한 정보를 종합적으로 분석한 결과이다. 이러한 복잡성으로 인해, 촉감을 인공적으로 구현하는 것은 생각보다 어렵다.

 

이렇듯 복잡한 인간의 촉각을 모방하기 위해, 연구진은 particle-based polymer composite sensors와 signal-converting system을 활용했다. 연구진은 우선 압전재료와 압전 저항성 재료의 조합으로 이루어진 전자 피부 센서를 제작했다. 이렇게 만들어진 센서는 마치 실제 피부처럼 압력과 진동 등의 정보를 시간차를 두고 선별적으로 수용한다. 이후 센서를 통해 생성된 전위는 연구진이 제작한 회로 시스템을 통해 실제 감각 신호와 유사한 패턴으로 변환된다.

 

설계된 시스템을 테스트한 결과, 인공 감각 시스템에서 발생한 신호가 생체 내에서 왜곡 없이 전달되고 근육 반사 작용 등 생체 감각 관련 현상들을 구현할 수 있음을 확인했으며, 시스템에 딥러닝을 접목해 20여개의 다양한 질감들을 인간과 동일하게 분류하고 예측해냈다.

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완벽한 인공 피부는 아직 실현되지 못했다. 본 연구는 복잡한 인간의 피부 촉감을 실제 신경 신호의 패턴 학습을 바탕으로 모방해냄으로써 완벽한 인공 피부의 탄생을 한 발짝 더 앞당겼다고 할 수 있겠다.

 

실제 피부처럼 촉감을 느낄 수 있게 하는 시스템은 VR/AR, Robotics, 의수/의족 등 다양한 분야에서 각광을 받고 있다. 개인적으로 촉각 시스템의 적용이 가장 기대되는 분야는 가상현실과 로봇공학의 결합인 원격 조작이다. 마치 영화 '아바타'처럼 우리의 아바타가 다른 공간에 존재한다면, 인간의 도전은 그 한계가 더욱 희미해질 것이다. 우주 탐험, 인명 구조 등 다양한 영역에서, 인간은 안전하게 더욱 많은 활동을 전개할 수 있을 것이다. 어디 그 뿐인가. 별로 쓸모 없는 생각처럼 들리겠지만, 이런 상상도 가능하다. 공중에 뜬 인공 팔 드론을 제작하고 이를 우리의 뇌에서 컨트롤 가능하게되면, 우리는 팔 4개를 사용하여 정교한 작업을 하는 존재가 될지도 모른다. 누가 알겠는가? 먼 미래에는 나노 머신이 대기 중에 가득하고, 우리가 원한다면 여분의 팔로 변해 실제 우리의 팔처럼 자유자재로 사용가능할지.

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An artificial neural tactile sensing systemPsychology and Marketing

Nature Electronics
10.1038/s41928-021-00585-x
03 Jun 2021

인간의 피부를 모사한 인공 촉각 인터페이스 시스템 개발

 

 

 

 

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