중국과학원 연구팀, 손가락 모양의 멀티모달 촉각 센서 개발

▲ a)인간 손가락에서 영감을 받은 FTS의 전체 구조에 대한 개략도. b) 로봇의 FTS와 각 층의 전개에 대한 개략도. c) FTS의 물체 식별 기능 시연. d) FTS의 힘 센서 기능 시연. e) 지능형 작업장에서 재료 식별 및 물체 정렬에 FTS를 적용한 것.

중국과학원 연구팀이 실제 세계의 다양한 물체를 정확하게 식별하고, 힘의 방향을 감지할 수 있는 손가락 모양의 ‘멀티모달 촉각 센서’를 개발했다고 테크엑스플로어가 17일(현지 시각) 보도했다.

연구팀에 따르면, 다양한 유형의 터치 관련 정보(압력, 질감, 물체의 종류 등)를 수집할 수 있는 멀티모달 촉각 센서는 인간의 촉각을 인위적으로 복제함으로써, 로봇·보안시스템·가상현실(VR)·보철장비의 성능을 획기적으로 개선할 수 있다. 멀티모달 촉각 인식은 ‘인간-컴퓨터 간 상호작용’을 개선하는 데 중요하지만, 실시간 다차원 힘 감지와 물체 식별은 아직 매우 도전적 과제다.

중국과학원 연구팀은 최근 ‘어드밴스드 머티리얼스’에 발표한 논문에서 다방향 힘 감지와 물체 식별이 가능한 ‘마찰전기 효과(triboelectric effect)’ 기반의 손가락 형태 촉각센서(FTS·finger-shaped tactile sensor)를 개발했다고 밝혔다.(논문 제목:Multimodal Finger-Shaped Tactile Sensor for Multi-Directional Force and Material Identification)

마찰전기 효과는 두 물체가 서로 접촉하거나 마찰할 때 전하가 이동하면서 전기를 띠게 되는 현상을 말한다. 일상생활에서 쉽게 경험할 수 있는 정전기 현상이 대표적인 마찰전기 효과다.

연구팀은 이번에 개발한 멀티모달 촉각센서를 활용해 실생활에서 접할 수 있는 12가지의 물체를 식별하고, 힘의 방향을 인식하는 데 성공했다고 밝혔다.

새로운 센서는 두가지의 상호 보완적인 구조로 이뤄져 있다. 즉, 물체를 식별할 수 있는 외부 섹션과, 물체의 힘과 방향을 감지할 수 있는 내부 섹션으로 구성돼 있다. 연구팀은 세가지 재료가 손가락 패드 부분의 실리콘 쉘(shell) 표면에 내장되어 물체 식별을 위한 단일 전극 센서를 형성한다고 말했다.

힘 감지 섹션에선 실리콘 쉘의 외부 표면에 차폐층으로 `전도성 은(conductive silver paste)`이 코팅되어 있다. 내벽에는 4개의 실리콘 마이크로니들 배열과 실리콘 범프가 있으며, 내부 PLA(Polylactic acid, 생분해성 플라스틱의 일종) 골격에는 5개의 은 전극이 코팅되어 있다. 실리콘 쉘과 골격 사이의 국부적인 접촉 및 분리가 가능하여 5개 전극의 신호를 통해 힘 방향을 감지할 수 있다.

연구팀은 센서와 로봇 손을 통합하고, 데이터 분석 플랫폼인 랩뷰(LabVIEW)와 주피터(Jupyter)를 사용해 수집한 데이터를 기반으로 물체를 식별했다. 로봇 손에 통합된 FTS는 실시간 물체 식별 및 힘 감지를 가능하도록 했다. 외부 센서는 12가지 물체를 인식하는 데 98.33%의 정확도를 보였다.

연구팀은 향후 더 넓은 범위의 물체를 식별하고, 더 많은 유형의 촉각 정보를 감지할 수 있도록 기능을 개선한다는 계획이다.

중국과학원 연구팀, 손가락 모양의 멀티모달 촉각 센서 개발, 로봇신문, 2025년 04월 18일 입력, 

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