열, 고통, 압력을 느끼는 로봇? 이 새로운 "피부"가 가능하게 합니다.

과학자들은 저렴하고 내구성이 뛰어나며 민감한 로봇 '피부'를 개발했습니다. 이 피부는 장갑처럼 로봇 손에 부착할 수 있으며, 로봇이 사람과 유사한 방식으로 주변 환경 정보를 감지할 수 있도록 합니다. 출처: 케임브리지 대학교

과학자들은 저렴하고 내구성이 뛰어나며 민감도가 높은 로봇 '피부'를 개발했습니다. 이 피부는 장갑처럼 로봇 손에 부착할 수 있으며, 로봇이 사람과 비슷한 방식으로 주변 환경에 대한 정보를 감지할 수 있게 해줍니다.

케임브리지 대학교와 유니버시티 칼리지 런던(UCL)의 연구진은 제작이 쉽고 녹여 다양하고 복잡한 모양으로 만들 수 있는 유연하고 전도성 있는 피부를 개발했습니다. 이 기술은 다양한 물리적 입력을 감지하고 처리하여 로봇이 물리적 세계와 더욱 의미 있는 방식으로 상호 작용할 수 있도록 합니다.

일반적으로 작은 영역에 내장된 센서를 통해 작동하고 다양한 유형의 터치를 감지하기 위해 서로 다른 센서가 필요한 다른 로봇 터치 솔루션과 달리, 케임브리지와 UCL 연구자들이 개발한 전자 피부는 전체가 센서로 구성되어 있어 우리의 센서 시스템인 피부에 더욱 가깝습니다.

로봇 피부는 인간 피부만큼 민감하지는 않지만, 소재 내부에 있는 86만 개가 넘는 미세한 경로에서 신호를 감지할 수 있어 손가락으로 두드리는 것, 뜨겁거나 차가운 표면, 자르거나 찔러서 생긴 손상, 여러 지점을 동시에 만지는 것 등 단일 소재 내에서 다양한 유형의 촉감과 압력을 인식할 수 있습니다.

연구진은 물리적 테스트와 머신 러닝 기술을 결합하여 로봇 피부가 이러한 경로 중 어느 것이 가장 중요한지 '학습'하도록 돕습니다. 이를 통해 로봇 피부가 다양한 유형의 접촉을 더욱 효율적으로 감지할 수 있습니다.

연구진은 이 로봇 피부가 촉각이 필수적인 인간형 로봇이나 의수(인간 의족)에 대한 미래 응용 가능성 외에도 자동차 산업이나 재난 구호 등 다양한 산업 분야에 유용하게 활용될 수 있다고 밝혔습니다. 연구 결과는 Science Robotics 저널에 게재되었습니다.

전자 피부는 압력이나 온도와 같은 물리적 정보를 전자 신호로 변환하여 작동합니다. 대부분의 경우, 다양한 유형의 터치에는 서로 다른 유형의 센서가 필요합니다. 예를 들어, 압력을 감지하는 센서, 온도를 감지하는 센서 등 다양한 센서가 사용되며, 이러한 센서는 부드럽고 유연한 소재에 내장됩니다. 그러나 이러한 다양한 센서의 신호는 서로 간섭할 수 있으며, 소재는 쉽게 손상됩니다.

"다양한 유형의 터치에 맞는 센서를 사용하면 소재 제작이 복잡해집니다."라고 케임브리지 대학교 공학과의 데이비드 하드먼 박사는 말했습니다. "우리는 단일 소재로 여러 유형의 터치를 동시에 감지할 수 있는 솔루션을 개발하고 싶었습니다."

UCL의 공동 저자인 토마스 조지 서루텔 박사는 "동시에 우리는 널리 사용하기에 적합하도록 저렴하고 내구성이 있는 것이 필요합니다."라고 말했습니다.

그들의 솔루션은 다양한 유형의 터치에 다르게 반응하는 단일 유형의 센서, 즉 다중 모드 감지를 사용합니다. 각 신호의 원인을 구분하기는 어렵지만, 다중 모드 감지 소재는 제작이 더 쉽고 견고합니다.

연구진은 부드럽고 신축성이 있으며 전기 전도성이 있는 젤라틴 기반 하이드로젤을 녹여 사람 손 모양으로 주조했습니다. 다양한 전극 구성을 시험하여 어떤 전극 구성이 다양한 유형의 촉각에 대해 가장 유용한 정보를 제공하는지 파악했습니다. 손목에 부착된 32개의 전극만으로도 전도성 물질의 미세한 경로 덕분에 손 전체에 걸쳐 170만 개 이상의 정보를 수집할 수 있었습니다.

그런 다음 피부를 다양한 유형의 촉각으로 테스트했습니다. 연구진은 열풍총으로 피부를 가열하고, 손가락과 로봇 팔로 누르고, 손가락으로 부드럽게 만지고, 심지어 메스로 피부를 자르기까지 했습니다. 연구팀은 이러한 테스트에서 수집된 데이터를 사용하여 손이 다양한 유형의 촉각의 의미를 인식하도록 머신러닝 모델을 훈련시켰습니다.

"이 소재들로부터 많은 정보를 추출할 수 있습니다. 수천 개의 측정을 매우 빠르게 수행할 수 있죠." 공동 저자인 후미야 이이다 교수 연구실의 박사후 연구원인 하드먼은 말했습니다. "이 소재들은 넓은 표면적에서 동시에 여러 가지를 측정합니다."

"로봇 피부가 인간 피부만큼 뛰어나지는 않지만, 현재 시중에 나와 있는 어떤 것보다 뛰어나다고 생각합니다."라고 투루텔은 말했다. "저희 방식은 기존 센서보다 유연하고 제작이 쉬우며, 다양한 작업에 대해 인간의 접촉을 사용하여 보정할 수 있습니다."

앞으로 연구진은 전자 피부의 내구성을 개선하고 실제 로봇 작업에 대한 추가 테스트를 수행하기를 바라고 있습니다.

이 연구는 삼성 글로벌 연구 지원 프로그램(Samsung Global Research Outreach Program), 영국 왕립학회(Royal Society), 그리고 영국 연구혁신(UKRI) 산하 공학 및 물리과학 연구위원회(EPSRC)의 지원을 받았습니다. 이다 후미야는 케임브리지 코퍼스 크리스티 칼리지의 펠로우입니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/06/250616040237.htm