로봇 터치 센서는 피부 깊이에만 있는 것이 아닙니다.

노스웨스턴 대학교와 이스라엘 텔아비브 대학교의 연구진은 고급 로봇 터치를 위한 저비용 솔루션 개발의 주요 장벽을 극복했습니다. 저자들은 터치 센서 관련 많은 논문의 여백에 숨어 있던 문제가 로봇 피부 자체에 있다고 주장합니다.

이 연구에서는 피부 제작에 사용되는 저렴한 실리콘 고무 복합재의 윗면과 아랫면에 절연층이 형성되는 것으로 관찰되었습니다. 이 절연층은 감지 폴리머와 모니터링 표면 전극 사이의 직접적인 전기적 접촉을 차단하여 정확하고 반복 가능한 측정을 사실상 불가능하게 만들었습니다.

이러한 오류가 제거되면, 저렴한 로봇 피부를 통해 로봇이 인간의 촉각을 모방하여 물체를 제대로 잡는 데 필요한 곡선과 모서리를 감지할 수 있게 될 것입니다.

전기 엔지니어와 고분자 재료 과학자를 짝지은 학제간 연구팀은 Advanced Electronic Materials 저널에 발표한 논문에서 이 문제에 대한 빛을 비추고 전기 접점을 검증하기 위한 실용적인 단계를 제시하여 앞으로 나아갈 길을 제시했습니다. 이는 전기 접점이 장치 성능을 의도치 않게 흐리게 만들 수 있다는 것을 의미합니다. 이는 노스웨스턴 대학교 매튜 그레이슨(McCormick School of Engineering의 전기 및 컴퓨터 공학 교수)의 설명입니다.

그레이슨은 "많은 과학자들이 센서 반응을 오해합니다. 접촉면의 거동과 센서 소재의 거동을 하나로 묶어 데이터 일관성을 떨어뜨리기 때문입니다."라고 말했습니다. "이 문제를 인지하지 못하면 아무도 재현할 수 없는 논문을 발표하게 됩니다. 저희 연구는 정확한 문제를 파악하고, 미시적으로나 전기적으로 그 범위를 정량화하며, 문제 해결을 위한 명확한 단계별 문제 해결 매뉴얼을 제공합니다."

일반적인 로봇 피부에 사용할 수 있는 고무인 엘라스토머는 유연하고 가벼우며 저렴합니다. 탄소 나노튜브와 같은 전도성 필러를 첨가하면, 최종 복합재는 눌렀을 때 저항이 국부적으로 변하는 터치 센서에 이상적인 후보가 됩니다. 그러나 전기 신호를 수신하려면 센서가 전기적으로 접촉해야 하는데, 연구진은 이러한 복합재에 항상 존재하는 얇은 절연층이 접촉 동작을 크게 변화시킬 수 있다는 것을 발견했습니다. 연구팀은 이 초박형 절연층을 사포질하는 것만으로도 훨씬 더 강력한 전기 접촉을 달성하고 절연층의 두께를 전기적 및 미세적으로 보정할 수 있었습니다.

"모든 흥미로운 일은 계면에서 일어납니다."라고 텔아비브 대학교의 공동 저자이자 교수인 노아 라크만은 말했습니다. "이 논문은 센서 인터페이스의 중요성뿐만 아니라 재료 과학과 전기 공학이라는 두 가지 서로 다른 학문의 결합점에서 연구하는 것의 중요성도 보여줍니다. 재료 전문가들은 수년간 전도성 고분자 복합재에 이러한 절연 외부 층이 존재할 것이라고 의심했지만, 그 전기적 효과를 이해하지 못했습니다. 우리 각자는 퍼즐의 한 조각을 가지고 있지만, 함께해야만 전체 그림을 얻을 수 있습니다."

특히 로봇 공학은 매우 다양한 전문 지식이 필요하기 때문에 까다로울 수 있습니다. 예를 들어 로봇의 기능성 전자 소재를 설계하는 고분자 재료 과학자는 센서 신호를 처리할 전자 장치를 설계하는 전기 엔지니어만큼의 교육과 기술을 갖추고 있지 않습니다. 그레이슨은 "접촉 준비"라는 과제가 바로 이 연구에 대한 논의의 시작점이라고 말했습니다.

"텔아비브와의 협력이 필수적인 이유입니다. 그들은 우리가 모르는 재료 과학을 잘 알고 있습니다."라고 그레이슨은 말했습니다.

"우리는 그들이 우리가 연구하는 재료를 준비하도록 돕고, 그 재료를 가져와 연구한 후, 텔아비브 재료 과학자들이 재료의 특성을 더 잘 분석할 수 있도록 돕습니다."

새로운 소재를 생산하고 이를 재현하는 데는 제어하기 어렵거나 불가능한 여러 변수에 대한 일관성이 요구됩니다.

그레이슨은 터치 센싱 관련 문헌에서 재현성 문제를 제기하며, 논문에 기술된 품질 검사를 통해 연구자들이 더 높은 기준을 준수하도록 촉구합니다. 연구자들 사이에서 이 문제에 대한 인식이 확산됨에 따라, 새로운 논문들을 더욱 엄격하게 활용하여 새로운 역량을 바탕으로 해당 분야를 발전시킬 수 있습니다.

본 논문은 미국 국립과학재단(NSF ECCS-1912694, NSF DMR-1720139), 크라운 패밀리 펀드(Crown Family Fund)를 통한 노스웨스턴 대학교(Northwestern), 레슬리 앤 맥콰운(Leslie and Mac McQuown), 나노과학 및 나노기술 센터(Center for Nanoscience & Nanotechnology)를 통한 텔아비브 대학교(Tel Aviv University), 그리고 미국-이스라엘 이국 과학재단(BSF 연구비 번호 2018732)의 지원을 받았습니다.

노스웨스턴 대학교의 이스라엘 혁신 프로젝트(Israel Innovation Project)와 노스웨스턴 대학교 전기컴퓨터공학과의 추가 출판 지원도 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/05/250505171017.htm