근육신호 잘 잡는 센서로 재활로봇 성능 UP

KAIST, 신축·접착성 마이크로니들 센서 개발
땀·각질 있어도 근육 움직임 신호 측정 안정적

한국과학기술원(KAIST) 전기및전자공학부 정재웅·기계공학과 김정 교수팀이 개발한 신축·접착성 마이크로니들 센서는 사람의 움직임에도 피부에 잘 달라붙어 있고, 땀이나 각질이 있어도 근육 신호를 잘 측정해낸다. KAIST 제공

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술원(KAIST) 전기및전자공학부 정재웅·기계공학과 김정 교수팀이 입는 로봇을 제어하도록 근육의 전기적 신호를 안정적으로 측정해 돕는 센서를 개발했다. 이 신축·접착성 마이크로니들 센서는 잘 늘어나고 땀이나 각질이 있는 피부에도 잘 달라붙어 근육 신호를 잘 측정한다.

연구진은 이 센서가 노인, 뇌졸중 환자, 외상 환자들의 다양한 재활치료용 웨어러블 로봇에 적용하게 될 것이라고 전망했다.

23일 KAIST에 따르면, 연구진은 새로 개발한 신축·접착성 마이크로니들 센서 패치의 효용성을 검증하기 위해 웨어러블 로봇을 이용한 동작 보조 실험을 진행했다.

다리에 부착된 센서 패치는 근육에서 발생하는 전기신호를 감지하고 동작 의도를 웨어러블 로봇에 전송해 사람이 무거운 짐을 손쉽게 들어올릴 수 있도록 도와준다.

이 센서 패치는 웨어러블 로봇이 사용자의 동작을 효과적으로 보조할 수 있도록 피부 상태나 신체 움직임의 크기 및 종류와 상관없이 안정적인 근전도 센싱에 기반한 동작 의도를 인식했다.

다양한 재활치료에 활용되는 웨어러블 로봇이 사람의 움직임 의도를 인식하기 위해서는 몸에서 발생하는 근전도를 정확하게 측정하는 웨어러블 전기 생리 센서가 필요하다. 하지만 기존의 센서들은 시간에 따라 신호의 품질이 떨어지거나, 피부의 털, 각질, 땀 등의 영향을 많이 받고, 나아가 피부보다 단단해 움직일때 피부 변형을 따라갈 수 없어 신호 잡음을 발생시킬 수 있다. 이러한 단점들은 장시간의 신뢰성 높은 웨어러블 로봇 제어를 힘들게 한다.

연구진은 부드러운 실리콘 중합체 기판을 활용해서 마이크로니들을 집적해 신축·접착성 마이크로니들 센서를 만들었다.

단단한 마이크로니들이 높은 저항을 가진 피부의 각질층을 투과해 피부 접촉 저항을 효과적으로 낮춰 털, 각질, 땀, 이물질로 피부가 오염돼도 고품질의 전기 생리 신호를 얻을 수 있다. 동시에 부드러운 전도성 접착 기판이 사람의 움직임으로 인한 피부의 늘어남에 순응해 편안한 착용감을 제공하고 움직임으로 인한 동작 잡음을 최소화할 수 있다.

한편, 이번에 개발한 신축·접착성 마이크로니들 센서는 KAIST 전기및전자공학부 김희수·이주현 박사과정생이 공동 제1 저자로 참여해 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)'에 발표했다.

[e-mail] 김만기 기자