바이오닉 암(Bionic Arm), 촉감에 눈뜨다

- 기계연, 사람의 촉감 인지 원리 모사한 원격 촉각 센싱 기술 개발 -

- 기계·재료·화학·물리·전자 공학 분야 융합 연구 성과, 사이언티픽 리포트 논문 게재 -

▲ 한국기계연구원 나노자연모사연구실 연구팀이 원격 촉각 센싱 장비가 부착된 로봇 손을 들어 보이고 있다.

임현의 나노자연모사연구실장(왼쪽)과 오선종 연구원(가운데), 정영도 연구원(오른쪽)

사람 손끝의 촉감을 신경 시냅스를 통해 뇌에서 인지하듯이 로봇 손끝에 장착되어 실제 사람의 피부처럼 촉각을 느낄 수 있는 센싱 기술이 개발됐다. 촉감을 느끼는 접촉 부분과 센서 부분을 공압튜브로 연결하여 기존의 전자센서가 작동하기 어려웠던 수중, 고온의 환경에서도 활용할 수 있다.

▲원격 촉각 센싱 장비를 세 손가락 끝에 부착하고 물속에서 정상작동 여부를 실험하는 모습.

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.

이번 연구는 과기정통부의 ‘바이오닉암메카트로닉스융합연구사업’의 일환으로 수행되었으며, 연구성과는 수행 세계적 학술지인 네이처 자매지 `사이언티픽 리포트(Scientific Reports)` 온라인에 `Remote tactile sensing system integrated with magnetic synapse`라는 제목으로 12월 5일 게재됐다.

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

*점탄성 : 점성과 탄성의 성질을 동시에 갖는 것을 말한다. 예를 들어 고무에 힘을 가하여 변형이 되면 원래대로 돌아가려는 특성은 탄성이며, 점성은 완벽하게 복원되지는 못하는 특성으로 약간 변형된 모습으로 되돌아가게 된다.

▲ 공압을 기반으로 한 원격 촉각 센싱 인체모사 개념도.

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.