미세한 세포 움직임까지 포착하는 3D 촉각 인식장치 개발

기초과학연구원(원장 노도영)은 나노의학 연구단이 발걸음부터 미세한 세포 움직임까지 포착하는 3D 촉각 인식장치를 개발했다고 지난달 19일 밝혔다. 큰 힘부터 초미세 압력까지 넓은 스펙트럼의 힘 감지가 가능하며, 기존의 인식장치에 비해 약 100배 이상의 정밀도를 갖는다.
촉각은 피부에 닿아서 느끼는 감각이며, 압각(압력), 온각(따뜻함), 냉각(차가움), 통각(아픔) 등이 있다. 인간의 감각 중 가장 원시적인 감각인 촉각을 직관적으로 측정하고 표현하는 장치를 ‘촉각 인식장치’라고 한다.
3D 촉각 인식장치 내에는 힘, 온도, 소리 등 추상적인 물리량을 전기 신호로 변환하는 전자 부품인 ‘센서’가 있다. 센서의 개수가 많고 조밀하게 배열될수록 보다 정밀하게 촉각을 감지할 수 있다. 기존에는 센서를 조밀하게 배열하는 것이 어려웠지만, 이번 연구로 압력에 따라 두께가 변화하는 센서를 개발하면서 조밀한 배열이 가능해졌다. 촉각을 고해상도로 보다 세밀하게 감지할 수 있게 된 것이다.
연구팀은 사람 머리카락 단면(약 0.4 mm2)보다 작은 면적에 가로 20줄, 세로 20줄의 정사각형 형태로 총 400개의 센서를 배열하여 3D 촉각 인식장치를 개발하고 장치가 잘 작동하는지 실험을 진행했다. 우선, 50kg의 사람이 굽 반경 1cm 구두를 신고 인식장치를 밟았을 때, 굽에 가해지는 압력의 면적과세기가 인식장치에 실시간으로 표시됨을 확인했다. 또한, 사람 심장세포의 움직임을 3차원으로 측정하여, 심장세포 하나가 박동할 때의 압력이 구두 굽으로 밟는 힘보다 약 10,000배 미세함을 확인했다.
추가적으로 3D 촉각 인식장치에 촉각을 감지하면 스스로 빛을 내는 화학물질을 결합하여, 3차원 촉각 분포를 맨눈으로 쉽게 관찰할 수 있도록 했다. 촉각을 시각화함으로써 촉각 인식장치에 대한 사용자 경험을 효과적으로 증대시켰다.
박장웅 연구위원은 “이번 연구로 개발한 3D 촉각 인식장치는 전자기기 산업부터 건강관리 및 의료 분야까지 다양하게 활용될 것”이라며 “향후 심장 박동 및 혈압 등을 모니터링 하는 장치를 개발하고 신체 정보를 데이터화 하여 인공지능 진단 등에 활용할 계획”이라고 말했다.
연구결과는 국제학술지 나노레터스(Nano Letters) 1월 15일자 표지논문으로 게재됐다.