포스텍, 실제 같은 전자피부 개발 POSTECH develops electronic skin that ‘knows how to feel’ l The more and less of electronic-skin sensors

포스텍, 실제 피부처럼 '느낄 줄 아는' 전자피부 개발

휴머노이드 로봇 등에 적용 가능해

     포스텍 신소재공학과 정운룡 교수‧유인상 박사, 미국 스탠포드대 제난바오(Zhenan Bao) 교수 공동연구팀은 온도와 기계적인 자극을 동시에 측정할 수 있는 ‘다기능성 이온-전자피부’를 세계 최초로 개발했다.

과학 분야 최고 권위지인 사이언스(Science)지 20일자를 통해 공개된 이 연구성과는 이온 전도체가 가지는 특별한 성질을 이용해 아주 간단한 구조로 만든 것이 큰 특징이다.

Professor Jeong Un-yong (left) and Dr. You In-sang of the Hybrid Nano Materials Lab at Pohang University of Science and Technology have developed the world's first ionic skin that perceives temperature and mechanical stimulation. (POSTECH)

POSTECH develops electronic skin that ‘knows how to feel’ A joint research team of Pohang University of Science and Technology (POSTECH) and the Stanford University of the U.S. have developed the world's first multi-functional ionic skin that can simultaneously measure temperature and mechanical stimulation. The researchers took note of the fact that tactile receptors in human skin are full of electrolytes, allowing elastic deformation without being destroyed. The research team, led by Professor Jeong Un-yong and Dr. You In-sang of Hybrid Nano Materials Lab at POSTECH and Professor Zhenan Bao of Stanford University, used the properties of the ion-conducting materials with electrolytes, which vary depending on frequency. View full text http://www.koreabiomed.com/news/articleView.html?idxno=9699

edited by kcontents

인간의 피부 속에는 꼬집거나 비틀거나 미는 등의 다양한 촉각은 물론 뜨겁거나 차가운 온도를 감지할 수 있는 촉각 수용체가 있다. 이 수용체를 통해 인간은 기계적 자극과 온도 자극을 구분할 수 있는데, 지금까지 발표된 전자 피부는 온도를 측정함과 동시에 피부에 기계적인 자극이 가해지면 온도에 큰 오류가 생기는 문제가 있었다.

연구팀은 인간 피부가 촉각 수용체가 전해질로 가득 차 있어 변형이 자유로우면서도 망가지지 않는다는 점에 주목했다. 그리고, 전해질을 함유한 이온 전도체 소재가 측정 주파수에 따라 측정할 수 있는 성질이 달라진다는 점을 이용해, 촉각과 온도를 동시에 측정할 수 있는 다기능성 인공 수용체를 만들어냈다.

전자피부를 실제로 밀었을 때의 인식 이미지. 접촉한 부분의 온도변화, 힘의 방향을 정확하게 인식한다.

또, 연구팀은 이온 전도체에서 온도에만 반응하는 변수와 기계적인 자극에만 반응하는 변수를 도출, 전하 완화 시간과 정전용량, 2개의 측정 주파수만을 이용하도록 했다. 전하가 물체에서 빠져나가는 시간을 뜻하는 ‘전하 완화 시간’은 움직임에 반응하지 않아 온도를 측정할 수 있으며, ‘정전용량’은 온도에 반응하지 않아 움직임을 측정할 수 있다.

또 전극-전해질-전극의 간단한 구조로만 만들어져 상용화에서도 큰 이점을 가진 이 전자피부는 밀림, 꼬집기, 벌림, 비틀림 등의 여러 움직임에 대해 힘을 가한 방향이나 늘어난 정도는 물론, 힘을 가한 물체의 온도도 정확하게 측정해낸다. 자유자재로 늘리거나 변형할 수 있으면서도 온도를 감지할 수 있는 ‘다기능성 이온-전자피부’는, 웨어러블 온도센서나 인간형 로봇 같은 로봇 피부에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

제1저자인 유인상 박사는 “집게 손가락이 전자피부에 닿으면, 전자피부는 접촉을 온도변화로 감지하며, 이후 손가락이 피부를 밀면 접촉된 뒷부분이 늘어나 움직임으로 인지한다”며 “이 전자피부가 온도나 움직임을 감지하는 원리는 실제 인간의 피부가 다양한 촉각을 인지하는 원리 중 하나일 것으로 추측한다”고 설명했다.

공동 교신저자인 정운룡 교수는 “이번 연구는 전해질을 이용한 전자피부 연구의 포문을 여는 첫 단계라 할 수 있다”며 “연구의 최종목표는 인간의 촉각 수용체와 신경 전달을 모사한 인공 전자피부를 만들어 질병이나 사고로 인해 피부나 장기의 촉각 기능을 잃은 환자들의 촉각을 복원하는데 도움이 되는 것”이라고 말했다.

한편, 이번 연구성과는 과학기술정보통신부의 글로벌프론티어 사업, 중견연구자 지원사업, 산업통상자원부의 산업핵심기술개발사업의 지원으로 수행됐다.

박경일  robot@irobotnews.com 로봇신문사

http://www.irobotnews.com/news/articleView.html?idxno=23051

Related Article

The more and less of electronic-skin sensors

Summary

Electronic skins (e-skins) are flexible electronic devices that emulate properties of human skin, such as high stretchability and toughness, perception of stimuli, and self-healing. These devices can serve as an alternative to natural human skin or as a human-machine interface (1–3). For on-skin applications, an e-skin should be multimodal (sense more than one external stimulus), have a high density of sensors, and have low interference with natural skin sensation. On pages 961 and 966 of this issue, You et al. (4) and Lee et al. (5), respectively, report advances of skin-like electronic devices. You et al. present a stretchable multimodal ionic-electronic (IE) conductor–based “IEM-skin” that can measure both strain and temperature inputs without signal interference. Lee et al. describe an ultrathin capacitive pressure sensor based on conductive and dielectric nanomesh structures that can be attached to a human fingertip for grip pressure and force measurement without affecting natural skin sensation.

http://www.sciencemag.org/about/science-licenses-journal-article-reuse

전자피부(e-skins)는 높은 신축성과 강인함, 자극에 대한 인식, 자가 치유 등 인간의 피부 특성을 본뜬 유연한 전자 장치다. 이러한 장치는 자연적인 인간의 피부 또는 인간-기계 인터페이스(1–3)의 대안으로 사용될 수 있다. 피부 온-피부 애플리케이션의 경우 e-피부는 멀티모달(두 가지 이상의 외부 자극)이어야 하며, 센서 밀도가 높아야 하며, 자연스러운 피부 감각에 대한 간섭이 낮아야 한다. 이번 호 961쪽과 966쪽에는 유 외 연구진(4)과 리 외 연구진(5)이 각각 피부형 전자기기의 진보를 보고한다. 귀하 등은 신호 간섭 없이 변형률과 온도 입력을 모두 측정할 수 있는 확장형 다중모드 이온전자(IE) 도체 기반 "IEM-피부"를 제시한다. 이 외 연구진은 자연적인 피부 감각에 영향을 주지 않고 그립 압력과 힘 측정을 위해 인간의 손가락 끝에 부착할 수 있는 전도성 및 유전체 나노메쉬 구조를 기반으로 한 울트라틴 용량성 압력 센서를 설명한다.

KCONTENTS