피부부착 센서가 움직임을 정확하게 측정한다

ETRI 김성현 박사팀, 신축량·변화방향 측정 98% 정확

ETRI 연구진이 스트레인 센서를 살펴보고 있다. ETRI 제공

[파이낸셜뉴스] 한국전자통신연구원(ETRI) 김성현 박사팀이 피부가 늘어나고 수축하는 양과 방향을 정확하게 측정할 수 있는 스트레인 센서를 개발했다. 이 센서는 인공신경망 구조를 이용한 인공지능(AI) 알고리즘을 적용해 신축량과 방향을 98% 정확도로 측정해냈다.

김성현 박사는 8일 "피부의 복잡한 변형 양상을 정확하게 측정해 내 재활치료나 헬스케어, 로봇, 의족·의수, 웨어러블 기기 등 전자피부가 필요한 분야에 활용할 수 있다"고 말했다.

연구진은 이 센서기술을 3년내 상용화를 목표로 다양한 근육과 관절의 움직임 측정에 적용해 근골격 질환의 진단이나 재활치료에 쓰일 수 있도록 기술을 업그레이드할 계획이다.

이제껏 연구개발(R&D)된 피부부착 스트레인 센서는 고무 같은 신축성 소재에 전기가 잘 통하는 전도성 나노소재를 결합해 늘어나고 줄어들때의 변화하는 전기 저항값으로 변형의 크기를 감지했다. 이 같은 센서는 미리 정해놓지 않은 방향으로 변형되면 그 양을 제대로 측정할 수 없었다.

연구진이 개발한 센서의 핵심은 새로운 방향성 센서 구조다. 일자 형태의 신축성 전도체 채널을 늘어나지 않는 두 개의 단단한 영역 사이에 걸쳐 사방으로 늘어나는 방향에 따라 주기적 저항 증감 특성을 감지해낸다. 또한, 세 개의 센서를 서로 다른 방향으로 인접하게 배치해 이들 신호의 조합으로 특정 부위의 신축 방향과 변형량을 동시에 측정할 수 있다.

ETRI 연구진이 스트레인 센서의 신축량과 변형방향을 측정하고 있다. ETRI 제공

특히 센서에 들어가는 소재들은 인체에 무해한 재료로 만들어 피부에 붙여 신체 동작을 감지하는데 사용이 가능하다.

또한 인쇄방식으로 간편하게 만들 수 있어 제작단가가 낮고 제작 시간도 짧으며 저가의 소재를 사용해 일회용 센서로 활용할 수 있다.

이번 개발에 함께 한 중앙대 박성규 교수는 "이 센서 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 말했다.

한편, 김성현 박사는 박성규 교수와 중앙대 이준호 박사과정생, 성균관대, 미국 코네티컷 주립대와 함께 연구를 진행해 그 결과를 세계적 학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)'에 발표했다.

[e-mail] 김만기 기자