생체모방구조의 피부 부착형 동작 발전 센서 패치 구성 및 이를 이용한 로봇 원격제어-전북대제공

전북대학교(총장 양오봉)와 성균관대, 건국대 공동연구팀이 기존 로봇 원격조작(teleoperation) 분야의 한계를 획기적으로 개선할 수 있는 피부 부착형 동작 센서 패치를 개발했다.

전북대 정창규 교수, 성균관대 방창현 교수, 건국대 양태헌 교수가 참여한 이번 연구는 재료과학 분야 세계 최고 수준의 국제 저널인 『Materials Science and Engineering: R: Reports』(임팩트팩터 31.6)에 게재되어 학계의 큰 관심을 받고 있다.

연구팀이 개발한 센서 패치는 생체모방구조를 활용해 기존 웨어러블 센서의 한계였던 에너지 자립성 부족, 신호의 불안정, 장시간 착용의 불편함을 동시에 해결한 것이 특징이다.

특히 가상현실(VR), 재난로봇, 원격 의료 등 첨단 분야에서 차세대 인간-기계 인터페이스(HMI)로 주목받고 있다.

이번 패치는 주름진 탄소나노튜브(CNT) 전극과 친환경 무연 압전소재(BNKT/PDMS 복합체)를 핵심 기술로 활용했다.

CNT 전극은 100% 이상의 반복적인 신축에도 신호 저하가 없고, 압전소재는 손가락을 구부리거나 피부가 늘어가는 미세한 움직임임만으로 전기를 발생시켜 별도의 배터리 없이 센서를 작동시키며, 원격지 로봇에 실시간 신호를 전달한다.

또한, 기존 의료용 테이프나 화학 접착제를 대신해 문어 빨판과 물방개 다리의 구조를 모방한 계층형 접착층(OBI 구조)을 적용했다.

이 구조는 땀과 물, 피부 곡면 등 다양한 환경에서도 강력하게 반복해 탈부착이 가능하며, 피부 자극이 거의 없고, 장시간 착용 시에도 편안함을 유지한다.

실제 실험에서도 센서 패치는 사용자의 손 움직임을 VR 환경에서 로봇 손에 실시간으로 전달해 드라이아이스 같은 위험 물질을 안전하게 원격 조작하는 데 성공했다.

특히 땀이나 물에 젖은 상태에서도 신호가 안정적으로 유지돼 수중 작업이나 재난 현장 등 극한 환경과 의료 분야 등 원격조작 환경에서 즉시 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

연구에 참여한 정창규 교수(전북대 신소재공학부 전자재료공학전공)는 “이번 연구는 기존 피부 부착형 센서가 소재 혁신이나 단순 신호 측정에 머물렀던 것과 달리, 극한환경이나 실내 원격조작 환경에서 정밀성과 신뢰성, 에너지 자립성이라는 실질적 난제를 해결했다는 점에서 차별성을 갖는다”라며

“앞으로 가상현실 기반 원격조작, 재난로봇, 헬스케어 등 미래 융합분야에서 새로운 표준이 될 것”이라고 기대감을 밝혔다.

한편, 이번 연구는 기초연구실사업, 중견연구자지원사업, BK21 4단계 사업 등의 지원을 받아 수행됐다. 자세한 연구내용 및 동영상은 다음 주소에서 확인할 수 있다. (https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0927796X25000725)