초고감도 전자피부 'ACES', 인간 감각신경 1000배 빠른 촉각 감지… 싱가포르대 개발

비동기 코딩 전자피부, 압력·온도·습도 초정밀 감지

수년간 과학자들은 기계에 촉각을 부여하려 시도했습니다. 지능형 안드로이드와 의수에 전자피부를 장착해 환경 내 다양한 구조물을 자연스럽고 협력적으로 조작할 수 있게 했습니다.

이 전자피부는 빠른 체성감각 지각을 제공하기 위해 대규모 센서 어레이로 구성됩니다. 하지만 센서에서 촉각 데이터를 직렬로 전송해 읽기 지연 병목현상이 발생합니다.

이제 싱가포르국립대 연구진이 초고반응성과 강건성을 가진 '비동기 코딩 전자피부(ACES, Asynchronously Coded Electronic Skin)'를 개발했습니다. 신경계에서 영감받아 ACES는 압력, 온도, 습도를 감지합니다. 거의 모든 유형 센서 피부 레이어와 짝지어져 전자피부로 효과적으로 작동할 수 있습니다.

작동 원리

인체에는 뇌, 피부, 근육을 연결하는 약 72km 신경이 있습니다. 이 연구에서 연구자들은 인간 신경계에서 영감받아 로봇용 전자피부를 개발했습니다.

피부(ACES)는 249개 센서로 덮인 실리콘 레이어로 구성됩니다. 수많은 센서(최대 10,000개)에서도 놀라울 정도로 낮은 읽기 지연을 유지하면서 열촉각 데이터를 동시에 전송할 수 있습니다.

참고: ScienceMag | DOI:10.1126/scirobotics.aax2198 | 싱가포르국립대

최대 240개 인공 기계수용체 프로토타입 어레이를 시연했습니다. 모두 1밀리초 지연으로 비동기 데이터 전송이 가능했으며 60나노초 미만 시간 정밀도를 유지했습니다.

이러한 낮은 지연과 초고정밀도로 전자피부는 빠른 촉각 지각에 필수적인 미세 시공간적 특징을 분해할 수 있습니다.

이미지 출처: Mario Tama/Getty

이것은 주요 돌파구입니다. 연구자들이 여러 센서가 한 수신기에 피드백해 개별 전극이 아닌 전체 시스템으로 작동하는 전자피부를 구축한 것은 처음입니다. 센서가 병렬로 연결돼 개별 수용체가 손상돼도 전체 시스템이 정상 작동합니다.

ACES의 한 잠재적 단점은 송신기나 수신기가 감지 사건 손실 발생 여부를 알 수 없다는 것입니다. 하지만 아키텍처는 간단한 송신기 구현과 자극 사건 인상적 타이밍 정밀도를 가능하게 합니다. 이는 실시간 움직임이 중요한 전자피부 응용에서 극도로 중요한 요소들입니다.

연구팀은 현재 신경과학자, 엔지니어와 협력해 의수에 촉각 회복을 돕고 있습니다. 전자피부가 자율 안드로이드 로봇과 기계-인간-환경 상호작용을 발전시키고 AI와 통합돼 고성능 기계-뇌 인터페이스를 가능하게 할 것이라 믿습니다.