사람보다 1,000배 빨리 대상을 감지할 수 있는 전자피부(촉각, 청각, 시각, 후각, 미각, 인지기능 가능)

[emptyv]

http://news.samsungdisplay.com/22430?s

웨어러블 기기 혁신을 불러온다! 피부처럼 늘었다 줄었다 가능한 ‘전자피부’

사람의 피부를 모방한 ‘전자피부(electronic skin)’ 시대가 열리고 있다. 이전에 상상하기 힘들었던 놀라운 기능의 인공피부가 등장해 로봇, 인공지능(AI), 장애인 보족은 물론 인공지능, 신종 헬스기기에 이르기까지 적용 범위를 크게 확대하고 있는 중이다. 사용량도 급속히 팽창하고 있다. 조사 기관인 ‘마켓 리포트’는 지난 2018년 전자피부 시장 규모가 38억 9910만 달러를 기록했으며, 2019년부터 2024년까지 연평균 17.22%의 성장률을 기록할 것으로 내다봤다.

탱탱한 전자피부 속에 첨단 기능 주입

(출처: University of Colorado Bouder )

전자피부가 개발되기 시작한 때는 2004년이다. 미국과 일본에서 본격적인 연구가 시작됐는데 당시 연구자들은 실리콘에 주목했다. 실리콘에 센서를 집어넣은 뒤 인체에 부착하려는 노력을 기울였다. 그러나 생각한 것처럼 휘어지지 않아 사람 피부처럼 유연성을 재현하지 못했다. 이 문제를 해결한 것이 탄소화합물이 첨가된 유기재료다. 대표적인 것이 꿈의 소재로 불리는 그래핀인데 실제 피부만큼 유연한데다 신축성이 뛰어나 큰 주목을 받았다.

실제로 지난 2017년 영국 글래스고 대학 공과대 연구팀은 그래핀을 사용해 사람의 피부보다 더 강하고 부드러운 인공피부를 선보여 세상을 놀라게 했다. 이 전자피부는 피부 속에 획기적인 기능을 다수 포함하고 있었다. 센서를 부착해 피부 스스로 감촉을 느끼는 것은 물론 태양 에너지를 전기 에너지로 전환한 후 피부를 타고 흐르게 해 실제 피부처럼 탄력을 유지할 수 있었다.  연구팀은 이렇게 만들어진 피부로 인공 손 ‘스마트 핸드’를 완성할 수 있었다. 연구를 이끈 대학의 라빈더 다이야 박사는 “전자피부를 로봇, 장애인 보족, 건축, 의료, 섬유 등 다양한 분야에 적용하는 방안을 찾고 있는 중”이라고 말했다.

사람보다 1,000배 빨리 대상을 감지

▲자유자재로 폈다 줄일 수 있는 스트레쳐블 스킨 (출처:Technology and Tools)

최근 전자피부 기술의 발전은 놀라울 정도다. 지난해 싱가포르 국립대학교에서 개발한 전자피부 ‘ACES(Asynchronous Coded Electronic Skin)’의 경우 사람보다 1,000배 더 빠르게 대상을 감지할 수 있다. 실제 속도를 측정한 결과 사람이 눈을 깜박이는 속도보다 10배 빠른 10밀리초 내에 물체의 모양, 질감, 강도 등을 정확하게 식별해내는 것으로 나타났다.

이런 기능이 가능한 것은 사람의 신경 역할을 하고 있는 센서 때문이다. 연구팀은 기능을 더 넓히기 위해 센서 수를 1만 개까지 늘려도 정상적인 작동이 가능하다고 설명하고 있다. 고무줄처럼 늘였다 줄였다 할 수 있는 전자피부도 등장했다. 미국 미네소타 대학 연구팀은 자유자재로 폈다 줄일 수 있는 ‘스트레쳐블 스킨(stretchable skin)’을 선보인 후 상용화를 서두르고 있는 중이다. 

인공피부 속에 다양한 전자센서들을 부착해 사용 범위를 대폭 확대할 수 있다. 의료계가 깊은 관심을 표명하고 있는데 인공보족을 넘어 체온, 혈당, 혈압, 심박수, 심전도, 혈중 산소 농도 등을 측정할 수 있을 것으로 보고 있다.

한국은 전자피부 기술 강국

▲피부에 붙이는 고무형 압력센서 (출처: ETRI 보도자료)

전자피부는 특히 한국 과학자들의 활약이 돋보이는 분야다. 세상을 놀라게 하는 기술들을 다수 선보이고 있다. 2020년 김도환 한양대 화학공학과 교수는 세계 최초로 소리부터 혈압, 촉감, 물체 하중까지 구별하는 전자피부를 개발했다. 이 기술은 2019 소비자가전 전시회 (CES)에서 ‘실감형 웨어러블 컨트롤러 시제품’으로 시현됐다.

지난달 한국전자통신연구원(ETRI)은 서울대 연구팀과 함께 나노 복합소재를 이용해 기존보다 민감도가 최대 20배 높은 초고감도 투명 압력 센서를 개발에 성공했다. 센서 물질을 적용한 양자점 소자도 만들었다. 전기를 가하면 발광하는 퀀텀닷 구성층 맨 위에 연구진이 개발한 나노 물질을 올려 빛을 내는 방식이다. 이 밖에 경희대에서는 상처를 치료하고 노약자의 피부를 보호할 수 있는 ‘슈퍼 피부’를 개발하였고, DGIST에서는 스스로 고통 과 온도를 느낄 수 있는 지능형 전자피부를 선보이는 등 전자피부 개발을 주도하고 있다.

수요 급증으로 전자피부 황금시대 예고

▲컴퓨터 그래픽으로 구현한 전자피부 쌍 (출처: 서울대학교 공과대학 홍보자료)

과학자들은 전자피부를 통해 인체와 같은 팔과 다리, 손과 발 등의 제작이 가능해져 로봇은 물론 의료 분야에 일대 혁명을 가져올 것으로 예상하고 있다. 특히 의료분야에서는 그 활약이 기대되고 있다. 영국 워릭대 WMG(Warwick Manufacturing Group)에서는 병원에 가지 않고 가정에서 수행할 수 있는 물리치료 과정에 전자피부를 투입해 원격 진료체계에 혁신을 도모하고 있다. 병원으로부터 멀리 떨어져 있음에도 환자 신체에 전자피부 패드를 부착함으로써 환자의 움직임을 일일이 체크할 수 있어 마치 눈앞에서 환자의 움직임을 보고 있는 것 같은 가상현실(VR) 상황을 구현하고 있다.

로봇 산업에 미치는 영향도 매우 강력할 것으로 보고 있다. 그동안 많은 로봇들은 딱딱한 움직임을 보이면서 사람과 접촉했을 때 위험하다는 느낌을 지울 수 없었다. 그러나 전자피부 개발로 사람처럼 부드럽고 유연한 행동이 가능한 로봇 개발이 가능해졌다. SF 영화에 나오는 진짜 사람과 같은 로봇 제작이 가능해지고 있다는 것이다. 관계자들은 그동안 주로 촉각에 머물고 있는 전자피부 기능이 청각, 시각, 후각, 미각은 물론 사람의 인지기능에 이르기까지 확대돼 보디랭귀지로 사람과 대화를 나눌 수 있는 로봇 출현이 머지 않은 것으로 보고 있다.

---

환자가 병원으로부터 멀리 떨어져 있어도 환자의 신체에 부착된 전자피부 패드를 통해 환자의 움직임을 일일이 관찰할 수 있다. 즉, 전자피부에 달린 전기신호 감지 센서를 통해 우리 몸에 흐르는 미약한 전기신호를 측정하고 병원 컴퓨터로 전송하면(무선통신 이용) 의사가 이를 원격으로 보고 진찰할 수 있다는 뜻이다.

원격으로 상대의 신체 움직임, 사고, 감정, 신체상태 등을 파악하는 것은 굉장히 무서운 일이 아닐 수 없다. 좋게 보면 의료시스템이지만 나쁘게 악용하면 '뇌 해킹' 혹은 '신체 해킹'이라고 불릴 기술이다.

이를 이용해 얻은 수많은 뇌파 데이터를 이용해 인간의 사고패턴, 행동패턴을 완벽히 따라하는 알고리즘을 만들어 AI 프로그램을 개발한 뒤, 이를 로봇에게 적용시키면 정말 인간과 같은 로봇이 탄생할 지도 모른다.