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[애플경제 전윤미 기자] 국내 연구진이 피부의 늘어나는 크기와 방향을 동시에 정확히 측정할 수 있는 피부부착형 ‘스트레인 센서’를 개발했다.

이를 개발한 한국전자통신연구원은 “새로운 센서 구조에 인공지능(AI) 알고리즘을 적용, 정확도와 신뢰성을 획기적으로 높임으로써 향후 재활이나, 헬스케어, 로봇의 전자피부에 널리 활용될 전망”이라고 밝혔다.

한국전자통신연구원은 중앙대 연구팀과 함께 개발한 스트레인 센서는 360° 전 방향에 걸쳐 늘어나거나 줄어드는 신축량과 변형 방향을 98%의 정확도로 감지할 수 있다.

기존 피부부착형 스트레인 센서는 고무와 같은 신축성 소재와 그래핀, 탄소나노튜브(CNT) 등 전도성 나노 소재를 더해 신축성 전도체 채널을 만들고, 채널이 늘어나고 줄면서 변화하는 전기 저항값으로 변형의 크기를 감지하는 방식이다. 그러나 “이러한 구조는 미리 정해진 특정 방향으로 가해지는 변형만을 감지할 수 있어, 같은 부위라도 상황에 따라 여러 방향으로 늘어나는 피부의 특성을 정확히 측정할 수 없다는 한계가 있다”는 지적이다.

이에 연구진은 세계 최초로 늘어나는 크기와 방향을 동시에 잴 수 있는 스트레인 센서를 제작했다. 인공신경망 구조를 이용한 AI 알고리즘을 적용해 크기와 방향을 98% 정밀도로 예측하는 데 성공한 것이다.

본 기술의 핵심은 새로운 방향성 센서 구조다. 연구진은 우선 늘어나지 않는 두 개의 단단한 영역 사이에 일(一)자 형태의 신축성 전도체 채널을 걸쳐놓고, 360°로 늘어나는 방향에 따라 주기적인 ‘저항 증감 특성’을 나타내는 새로운 구조를 구현했다. 또한, 세 개의 센서를 서로 다른 방향으로 인접하게 배치하여 이들 신호의 조합으로 특정 부위의 신축 방향과 변형량을 동시에 뽑아낼 수 있었다. 앞서 ‘저항 증감 특성’ 구조 기술은 특허출원을 한 상태다.

연구진은 “또한 다양한 센서 데이터들을 인공신경망 알고리즘을 통해 학습, 분석해 30% 신축 범위에서 신축 방향과 변형량을 98% 정확도로 추출할 수 있었다”고 전했다.

특히 “기존에는 다양한 감각을 인지하기 위해 다량의 개별센서가 필요해 신호 해석 시간에 따른 지연 현상을 벗어나기 어려웠다.”면서 “이번 연구에서는 단일 교차반응 센서에서 얻어진 복합신호에 인지학습을 통한 AI 알고리즘을 적용, 다양한 감각 특성을 동시에 추출하는 방식을 보였다.”고 밝혔다.

이에 따르면 이번에 개발된 센서에 사용된 소재들은 인체에 무해한 소재로서, 피부 부착이나 인체 각 부위의 동작 감지에 널리 사용될 수 있다. 이는 또 사람의 피부에 부착, 인체의 움직임을 측정할 수 있을 뿐 아니라 재활, 헬스케어, 로봇 등에 활용할 수 있을 것이란 기대다.

이는 또한, 인쇄공정을 통해 간편하게 제작할 수 있다. 제작 단가가 낮고 제작 시간도 짧으며 일반적으로 많이 쓰이는 저가의 소재를 사용하므로 일회용 센서로도 활용할 수 있다는 설명이다.

전자통신연구원 플렉시블전자소자연구실 김성현 책임연구원은 “연구진이 개발한 고정확 스트레인 센서는 간단한 구조로도 피부의 복잡한 변형 양상을 정확히 측정할 수 있다”면서 “그로 인해 재활치료나 헬스케어, 로봇, 의족․의수, 웨어러블 기기 등 전자피부가 필요한 분야에 폭넓게 활용이 가능할 것”이라고 소개했다.

중앙대 박성규 교수도 “개발된 기술은 인공지능 알고리즘을 이용하여 단순한 센서 모듈로도 다양한 특성을 동시에 인식하고 기존 방식의 시공간적인 제약을 탈피할 수 있는 획기적인 시도로 인공지능 기반 시스템에 두루 응용될 수 있다”고 밝혔다.

연구진은 3년 내 상용화를 목표로 하고 있다. 앞으로 이 기술을 근육이나 관절의 다양한 움직임을 측정하는데 적용, 근골격 질환의 진단 및 상시 재활치료에 적용할 계획이라고 덧붙였다.