저렴하고 내구성 뛰어난 초민감 로봇 피부, 인간 같은 감지 능력 구현

장갑처럼 로봇 손에 착용 가능한 유연 전도성 피부로 인간 유사 촉각 구현

과학자들이 저비용, 내구성, 고감도 로봇 '피부'를 개발했습니다. 이 피부는 장갑처럼 로봇 손에 추가돼 로봇이 인간과 유사한 방식으로 주변 환경 정보를 감지할 수 있게 합니다.

기존 로봇 촉각 솔루션과의 차별점

케임브리지 대학교와 유니버시티 칼리지 런던(UCL) 연구진이 개발한 이 유연 전도성 피부는 제작이 쉽고 녹여서 다양한 복잡한 형태로 성형할 수 있습니다. 이 기술은 다양한 물리적 입력을 감지하고 처리해 로봇이 물리적 세계와 더 의미 있게 상호작용할 수 있게 합니다.

일반적으로 작은 영역에 임베디드된 센서를 통해 작동하고 서로 다른 유형의 촉각을 감지하기 위해 다른 센서를 필요로 하는 기존 로봇 촉각 솔루션과 달리, 케임브리지와 UCL 연구자들이 개발한 전자 피부의 전체가 센서입니다. 이는 우리 자신의 센서 시스템인 피부에 더 가깝습니다.

높은 감도와 머신러닝 활용

로봇 피부가 인간 피부만큼 민감하지는 않지만, 소재 내 860,000개 이상의 미세 경로에서 신호를 감지할 수 있어 손가락 두드림, 뜨겁거나 차가운 표면, 절단이나 찌르기로 인한 손상, 여러 지점이 동시에 접촉되는 것 등 다양한 유형의 접촉과 압력을 단일 소재로 인식할 수 있습니다.

연구진은 물리적 테스트와 머신러닝 기법을 결합해 로봇 피부가 이 경로들 중 어느 것이 가장 중요한지 '학습'하게 함으로써 다양한 유형의 접촉을 더 효율적으로 감지할 수 있게 했습니다.

테크 브리프 독점 인터뷰: 공동 저자 토마스 조지 투루텔(Thomas George Thuruthel) 박사

가장 큰 기술적 과제는?

"몇 가지 작은 과제들이 있었습니다. 그중 하나는 이 소재가 그렇게 쉽게 흐르지 않는다는 것입니다. 매우 복잡한 형태를 만들 수는 없습니다. 간극 같은 것이 생길 수 있습니다. 하지만 솔직히 가장 큰 과제는 이 소재를 우리 전자장치와 배선하는 것이었습니다. 소재 자체는 부드럽고 순응적이지만, 전선은 어느 시점에서 딱딱해야 합니다. 이 부드러운 소재와 딱딱한 전선 사이의 인터페이스는 항상 큰 과제입니다."

녹여서 성형하는 공정은?

"물 욕조를 사용합니다. 이 소재는 50~60°C에서 녹고 30~40°C에서 굳습니다. 액체로 가열한 후 소재를 부을 작은 구멍이 있는 몰드에 붓습니다. 나갈 구멍도 있습니다. 소재를 붓고 모든 구멍을 밀봉한 다음 몇 시간 동안 두어 굳게 합니다. 그런 다음 몰드를 엽니다. 물론 나중에 성형된 모양을 꺼낼 수 있게 몰드는 쉽게 분리됩니다."

상용 e-스킨과 인간 촉각과의 비교

"860,000개 채널이라고 했지만, 그것이 반드시 얻는 독립적 정보 단위 수를 의미하지는 않습니다. 많은 정보가 있지만 중복된 정보도 많습니다. 독립적인 정보량이 얼마나 되는지 정량화하지 않았습니다. 하지만 우리 설정으로는 대략 2,000~3,000 단위 정도가 될 것 같습니다. 인간 손의 경우 그 숫자는 약 15,000 단위 정도입니다. 대부분의 상용 제품은 매우 이산적입니다. 대부분 수백 또는 수십 개 정도입니다. 수백 개도 매우 드뭅니다.

그러나 비전 기반 촉각 센서라는 기술이 있습니다. 손 안에 내장된 카메라를 사용합니다. 이론적으로 더 높은 해상도를 가질 수 있지만, 다시 정량화할 수 없습니다. 몇 단위가 있는지 숫자로 얻을 수 없습니다."

향후 연구 계획

"최근 영국 보조금을 받았습니다. 이 기술을 더 상업적 애플리케이션으로 개발하려고 합니다. 수천 또는 1만 번의 반복 접촉에서 피부가 어떻게 견딜지 테스트하지 않았습니다. 특히 부드러운 소재와 네트워크 사이의 인터페이스에서 문제가 될 수 있다고 예상합니다.

그래서 더 나은 인터페이싱 방법을 찾고 있고, 다른 소재도 살펴보고 있습니다. 우리가 사용하는 것은 하이드로젤인데, 괜찮은 소재지만 그다지 견고하거나 내구성이 좋지 않습니다. 고무 같은 더 합성적인 소재, 천연 소재를 대안으로 보고 있습니다.

그리고 더 높은 수준의 작업을 살펴보고 있습니다. 지금은 지각 정보 추정만 하고 있습니다(예: 접촉 위치가 어디인가). 루프를 닫고 싶습니다. 이 정보를 로봇 손이나 시스템에 어떻게 사용해 꽤 유용한 실제 작업을 수행하게 할 수 있을까요?

이것들이 우리의 다음 단계입니다."

트랜스크립트 요약

로봇이 이제 우리처럼 만지는 것을 느낄 수 있습니다. 거의요. 케임브리지 대학교 연구자들이 초민감 센서로 가득 찬 인공 피부를 만들었습니다. 이 센서들은 압력만 감지하는 것이 아니라 질감, 온도, 심지어 통증 같은 신호도 읽습니다. 연구자들이 손 모양으로 주조한 이 피부는 전극이 손목 주위에 임베디드된 전해질 하이드로젤로 만들어졌습니다. 피부 전체에서 생성된 전기장이 다양한 유형의 자극을 감지합니다. 센서들은 수천 비트의 정보를 모니터링해 자극이 어디인지뿐만 아니라 자극 유형도 감지합니다. 정보는 전극으로 전송됩니다. 인공 피부는 접촉, 습기, 온도, 통증 같은 여러 감각을 동시에 감지할 수 있고 기계 로봇 손에 장갑처럼 착용 가능합니다. 이 저비용 피부는 보철, 로봇 수술, 자동차 산업, 재활, 심지어 우주 탐사 분야에 혁명을 일으킬 수 있습니다.