국내 연구진이 피부의 늘어나는 크기와 방향을 동시에 정확히 측정할 수 있는 피부부착형 스트레인 센서를 개발했다. 새로운 센서 구조에 인공지능(AI) 알고리즘을 적용, 정확도와 신뢰성을 높여 향후 재활, 헬스케어, 로봇의 전자피부 등에 널리 활용될 전망이라고 밝혔다.
한국전자통신연구원(ETRI, 원장 방승찬)은 중앙대 연구팀과 함께 360도 전 방향에 걸쳐 늘어나고 줄어드는 신축량과 변형 방향을 98%의 정확도로 감지할 수 있는 스트레인 센서를 개발했다고 8일 발표했다. 이번 연구 결과는 세계적 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈'에 1월5일 자로 온라인에 게재됐다.
ETRI-중앙대 연구진은 기존 피부부착 스트레인 센서의 단점을 보완, 늘어나는 크기와 방향을 동시에 잴 수 있는 스트레인 센서를 제작했다고 전했다. 또 인공신경망 구조를 이용한 AI 알고리즘을 적용해 크기와 방향을 98% 정밀도로 예측하는 데 성공했다고 설명했다.
이에 따라 사람의 피부에 부착, 인체의 움직임을 측정할 수 있을 뿐 아니라 재활, 헬스케어, 로봇 등에 활용이 가능할 것으로 보인다고 덧붙였다.
이번 기술의 핵심은 새로운 방향성 센서 구조로, 연구진은 새로운 구조를 구현해 특허출원을 마쳤다. 또 세 개의 센서를 서로 다른 방향으로 배치, 특정 부위의 신축 방향과 변형량을 동시에 뽑아낼 수 있다고 전했다. 아울러 다양한 센서 데이터들을 인공신경망 알고리즘을 통해 학습, 분석해 30% 신축 범위에서 신축 방향과 변형량을 98% 정확도로 추출할 수 있었다고 밝혔다.
더불어 센서에 사용된 소재들은 피부부착 및 인체 각 부위의 동작 감지에 널리 사용될 수 있으며, 제작이 간편하고 비용도 적으며 제작 시간도 짧아 일회용 센서로도 활용 가능하다는 입장이다.
논문 제1 저자인 김성현 ETRI 플렉시블전자소자연구실 책임연구원은 “고정확 스트레인 센서는 간단한 구조로도 피부의 복잡한 변형 양상을 정확히 측정할 수 있어 재활치료 및 헬스케어, 로봇, 의족 및 의수, 웨어러블 기기 등 전자피부가 필요한 분야에 폭넓게 활용이 가능할 것”이라고 말했다.
박성규 중앙대 교수는 “AI 알고리즘을 이용해 단순 센서 모듈로도 다양한 특성을 동시에 인식하고 기존 방식의 시공간적인 제약을 탈피할 수 있는 획기적인 시도로 AI 기반 시스템에 두루 응용될 수 있다”고 밝혔다.
연구진은 3년 내 상용화를 목표로 향후 본 기술을 다양한 동작 하에서 근육 및 관절의 움직임 측정에 적용해 근골격 질환의 진단 및 상시 재활치료에 적용할 계획이라고 전했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부의 '스킨트로닉스를 위한 감각 입출력 패널 핵심 기술 개발' 과제와 '상시 근골격 모니터링 및 재활을 위한 무자각 온스킨 센서 디바이스 기술' 과제로 수행됐다. ETRI와 중앙대가 연구 책임을 맡아 성균관대학교 및 미국의 코네티컷 주립대와 공동으로 진행했다.
임대준 기자 ydj@aitimes.com
