쥐로 대별되는 설치류는 포유류에 속하는 동물로 시각은 빈약하지만 촉각, 청각, 후각, 미각이 잘 발달되어 있다. 특히 뛰어난 촉각을 바탕으로 어두운 밤에 수직으로도 이동을 곧 잘 하며 좁은 틈사이로도 통과한다.
설치류 특유의 촉각 구조에서 영감을 얻은 새로운 형태의 생체모방 전자피부(e-skin)가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 최근 국내외에서 사람의 피부를 모방한 전자피부 개발이 잇따르고 있지만, 설치류를 모방해 개발에 성공한 것은 이번이 처음이다.
울산대학교 나노에너지화학과 이승구 교수와 자레이 모하마드 연구교수 연구팀은 설치류의 촉각 구조에서 영감을 받아 신개념 생체 모방 전자 피부를 개발했다고 20일 밝혔다.
연구팀은 청색기술을 바탕으로 개발한 전자피부는 설치류의 촉각 수염(whisker)과 피부 구조를 모방해 공기의 흐름을 감지하고 장애물을 식별할 수 있는 혁신적인 전자 피부를 완벽히 구현하는데 성공했다.
연구팀은 우선 다기능 전자 피부를 제작하기 위해 유연한 잎 구조에 전도성 은나노와이어와 카르복실화 다중벽 탄소나노튜브를 코팅해 전극을 설계했다.
이를 고분자 탄성체 필름에 내장하고, 피부 내부에 균일한 공기 주머니를 형성해 민감도, 즉 촉각 성능을 크게 향상시켰다.
연구팀은 이렇게 개발한 전자 피부가 미세한 접촉부터 강한 물리적 자극까지 감지하며, 공기 흐름의 방향과 장애물을 실시간으로 인식할 수 있는 독창적인 기능을 갖췄다고 설명했다.
연구팀은 이 전자피부를 로봇쥐에 적용한 실험으로 성능을 입증했다. 전자피부를 로봇쥐에 이용해 어두운 환경에서도 시각의 도움 없이 장애물과 공기흐름을 구별하고 환경을 탐색할 수 있음을 확인한 것이다.
촉각 수염에서 감지된 신호가 전자 피부로 전달돼 정밀한 감각 데이터를 생성했다. 이를 기반으로 로봇쥐가 시각정보 없이도 출구를 찾고 장애물까지 피할 수 있다는 것을 증명했다.
이승구 교수는 "이번에 개발된 전자 피부가 독창적인 기능을 통해 장차 로봇공학, 의료, 인간-기계 인터페이스(HMI) 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것"이라며 "이 기술이 차세대 웨어러블 기기와 감각 플랫폼 개발에 있어 중요한 전환점이 될 것"이라고 강조했다.
이번 연구는 교육부 대학중점연구소지원사업, 지자체-대학 협력기반 지역혁신사업, 과학기술정보통신부 개인기초연구사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구성과는 세계적인 권위의 과학학술지 '어드벤스드사이언스(Advanced Science'(Impact Factor 14.3) 1월호의 뒤표지 논문으로 실렸다.
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