[대전=뉴스프리존] 이기종 기자= 한국과학기술원(KAIST)은 바이오및뇌공학과 박성준 교수팀이 고려대학교 천성우 교수, 한양대학교 김종석 박사 등과 공동 연구로 인간 피부-신경 모사형 인공 감각 인터페이스 시스템을 개발했다고 14일 밝혔다.

가상·증강 현실, 메타버스, 화상 환자를 위한 인공피부, 로봇형 의수·의족 등에 사용될 수 있는 인공 감각 시스템은 구현해야 할 원리와 그 시스템의 복잡성 때문에 실제 감각기관처럼 만들기 어려운 실정이다. 

특히 사람은 다양한 유형의 촉각 수용기를 통해 압력, 진동 등 정보를 조합 촉각을 감지하므로 완벽한 인공 감각 시스템의 구현은 더욱 어렵다. 

이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 인간의 촉각 인식 프로세스를 최대로 모방하는 인공 감각 인터페이스 시스템을 구현했다.

연구과정을 보면 압전재료 및 압전 저항성 재료의 조합으로 이루어진 전자 피부를 제작했다.

이 센서는 나노입자의 적절한 조합을 통해 피부 내의 압력을 감지하는 늦은 순응 기계적 수용기(SA mechanoreceptor)와 진동을 감지하는 빠른 순응 기계적 수용기(FA mechanoreceptor)를 동시에 모사할 수 있다는 특징을 가지고 있다.

이 과정에서 해당 센서를 통해 생성된 전위는 연구팀이 제작한 회로 시스템을 통해 실제 감각 신호와 같은 형태의 패턴으로 변환된다.

이때 생체 내 상황을 최대한 모사하기 위해 실제 감각신경을 추출하고 다양한 감각에 의한 신호를 측정하여 함수화하는 방법이 사용됐다.

이 연구결과에 의하면 해당 시스템은 동물 모델에서 인공 감각 시스템에서 발생한 신호가 생체 내에서 왜곡 없이 전달됐고 근육 반사 작용 등 생체 감각 관련 현상들을 구현할 수 있음을 확인했다.

이로 인해 지문 구조로 만든 감각 시스템을 20여 종의 직물과 접촉함으로써 딥 러닝 기법을 통해 직물의 질감을 99% 이상 분류할 수 있을 뿐만 아니라 학습된 신호를 기반으로 인간과 동일하게 예측할 수 있음을 보여줬다.

박성준 교수는 “이번 연구는 실제 신경 신호의 패턴 학습을 바탕으로 한 인간 모사형 감각 시스템을 세계 최초로 구현했다는 데 의의가 있다”며 “해당 연구를 통해 향후 더욱 현실적인 감각 구현이 가능할 뿐만 아니라, 연구에 사용된 생체신호 모사 기법이 인체 내 다양한 종류의 타 감각 시스템과 결합될 경우 더욱 큰 시너지를 낼 수 있으리라 기대한다”고 말했다.

이 연구는 한국연구재단 신진연구사업, 범부처의료기기개발 사업, 나노소재원천기술개발사업, 차세대 지능형 반도체 개발사업, KK-JRC 스마트 프로젝트, KAIST 글로벌 이니셔티브 프로그램, Post-AI 프로젝트 사업의 지원을 받아 수행됐고 국제 학술지 네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)에 6월 3일 게재됐다.