[세종=뉴스핌] 임은석 기자 = 사람의 촉각인지 작용 원리를 베껴서 실제 감각과 비슷하게 구현할 수 있는 시스템이 개발됐다. 가상현실, 메타버스, 인공피부 등 현실감 있는 촉각 구현이 필요한 분야에 활용될 전망이다.

KAIST는 박성준 바이오 및 뇌공학과 교수 연구팀이 천성우 고려대학교 교수, 김종석 한양대학교 박사 공동 연구팀과 함께 인간 피부-신경 모사형 인공 감각 인터페이스 시스템을 개발했다고 12일 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)'에 2021년 6월 3일자로 출판됐다.

인간 피부-신경 모사형 인공 감각 인터페이스 시스템 개요 [자료=KAIST] 2021.07.12 fedor01@newspim.com

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 상황이었다.

특히 사람은 압력 진동 등 다양한 유형의 촉각 수용기를 통해 정보를 조합해 촉각을 감지해 완벽한 인공 감각 시스템 구현은 더욱 어려울 수 밖에 없다.

연구팀은 문제 해결을 위해 나노입자 기반의 복합 촉각 센서를 제작하고 이를 실제 신경 패턴에 기반한 신호 변환 시스템과 연결하는 방법을 사용했다. 이 두 가지 기술의 조합을 통해 연구팀은 인간의 촉각 인식 프로세스를 최대로 모방하는 인공 감각 인터페이스 시스템을 구현하는데 성공했다.

연구팀은 우선 압전재료와 압전 저항성 재료의 조합으로 이루어진 전자 피부를 제작했다. 이 센서는 나노입자의 적절한 조합을 통해 피부 내의 압력을 감지하는 늦은 순응 기계적 수용기와 진동을 감지하는 빠른 순응 기계적 수용기를 동시에 모사할 수 있다는 특징을 가지고 있다.

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 추출, 다양한 감각에 의한 신호를 측정해 함수화하는 방법이 사용됐다.

해당 시스템을 동물 모델에 적용한 결과 연구팀은 인공 감각 시스템에서 발생한 신호가 생체 내에서 왜곡 없이 전달되고 근육 반사 작용 등 생체 감각 관련 현상들을 구현할 수 있음을 확인했다.

또한 지문 구조로 만든 감각 시스템을 20여종의 직물과 접촉함으로써 딥 러닝 기법을 통해 직물의 질감을 99% 이상 분류할 수 있을 뿐 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 "연구에 사용된 생체신호 모사 기법이 인체 내 다양한 종류의 타 감각 시스템과 결합될 경우 더욱 큰 시너지를 낼 수 있으리라 기대한다"고 밝혔다.

fedor01@newspim.com