인체모사 무전원 초정밀 인공피부센서 개발

- 생체신호 측정, 인공 촉각, 로봇 피부 등 다양한 산업용 센서로 활용

국내 연구팀이 인체의 감각기관을 원형에 가깝게 모사하여 전원 없이 작동하는 초정밀 인공피부센서(artificial skin sensor)를 개발했다. 인공피부센서는 외부의 물리적인 접촉에 의해 전달되는 압력, 진동, 터치 등을 측정하는 센서다.

고려대학교 한창수 교수팀이 연구한 결과는 국제학술지 어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)에 논문명 <A Self-Powered Sensor Mimicking Slow- and Fast-Adapting Cutaneous Mechanoreceptors>으로 2월 9일에 게재됐다.

▲생체 피부감각기관 시스템과 인공 피부센서 신호발생 개략도. (A) 인체 피부 내의 네 가지 기계적 수용기와 이온채널을 통한 이들의 두 가지 수용기 신호(느린응답: Merkel disk, MD; Ruffini cylinder, RC; 빠른응답: Meissner corpuscle, MC; Pacinian corpuscle, PC) (B) 인공 압력 피부센서의 단면도 및 구조도. 느린응답: 이온채널 내부에서 발생되는 신호, 빠른응답: 압전필름에서 발생되는 신호. 압력전가시 순간적으로 하나의 시스템으로 작동. 스케일바: 100 마이크로미터).

최근 압력 및 터치 센서가 의료, 자동차, 항공, 가전, 환경 등 다양한 분야에 활용됨에 따라 고민감 센서에 대한 관심이 높아지고 있으나, 현재까지 개발된 센서는 낮은 감도, 높은 구동전력 등의 문제를 가지고 있어 개선이 필요하다.

연구팀이 개발한 피부센서는 외부 자극에 의해 이온이 이동하면서 신호가 전달되는 원리를 이용함으로서 별도의 에너지원 없이 구동될 수 있으며, 자극에 대한 빠른적응(Fast adapting)과 느린적응(Slow adapting) 두 가지 신호를 동시에 측정함으로써 혈압, 심전도, 물체 표면의 특징, 점자의 구별 등 매우 정밀한 감지 능력을 보였다. 빠른적응은 자극이 시작된 시점과 끝나는 시점에서만 반응신호가 발생하는 특성이며, 느린적응은 자극이 시작돼서 끝나는 시점까지 연속적으로 반응신호가 발생하는 특성이다.

한창수 교수는 “이 연구는 기존 실리콘 기반 방식과 다른 새로운 패러다임의 센서”라며, “생체신호 측정, 로봇피부의 성능 개발 및 개선에 기여하고, IoT와 연계하여 무전원 고감도의 센싱 모니터링 체계를 구축하여 다양한 산업분야에 적용될 것으로 기대된다”라고 연구 의의를 설명했다. 

[김들풀 기자  itnews.or.kr]