사람의 동작, 촉감, 소리까지 그대로 전달
로봇 및 아바타 정밀 제어 가능
UNIST가 사람의 동작은 물론 동작에서 비롯되는 음향(소리)과 촉감까지 그대로 전달할 수 있는 고감도 사람-기계 인터페이스(HMI) 기술을 개발했다. 로봇이나 아바타를 보다 정밀하게 제어할 수 있다.
UNIST(총장 이용훈)는 고현협 에너지화학공학과 교수와 김재준 전기전자공학과 교수 연구팀이 사람 동작과 촉감, 동작에 따른 소리까지 모두 감지해 전달하는 인공피부 형태의 고감도 HMI 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.
이 인공피부는 사람의 움직임과 느끼는 감각, 소리 정보를 직관적으로 기계에 전달하는 HMI 장치다.
연구팀은 마찰 전기 센서가 사람의 다양한 감각이나 생체 신호를 직관적으로 정확하게 전달하는 센서라 판단했다.
마찰 전기 센서는 자가 발전 기능이 있어 동적 자극을 받아 높은 전력을 즉각 생성할 수 있기 때문이다. 음성 인식 기기 연구 뿐만 아니라 터치, 모션, 촉감 센서 등 다양한 동적 압력 HMI로 응용 연구가 진행되고 있는 이유다.
연구팀은 이 마찰 전기 센서로 사람 귀의 달팽이관 구조를 모방한, 얇고 부착 가능한 인공피부를 제작했다. 외부 소리를 주파수별로 구분해 받아들이는 달팽이관 작동 원리를 모방했다.
개발한 인공피부는 달팽이관 구조처럼 두께, 다공성, 면적 등이 다른 단위 마찰 전기 센서를 여러 개 연속으로 붙인 구조다.
여기에 내부 구조를 특수하게 설계해 기존 평면 형태의 센서보다 압력 민감도를 최대 8배 높였다. 감지 주파수 대역폭이 45~9000㎐(헤르츠)로 사람의 심전도 신호(0.5~300㎐), 근전도 신호 (50~3000㎐), 심음도 신호(20~2만㎐), 목소리(100~400㎐) 같은 생체 신호를 모두 감지할 수 있다.
이에 따라 인공피부는 느리게 반복하는 사람의 동작(저주파), 이 동작에 따라 빠르게 발생하는 소리와 촉감(고주파) 신호를 모두 파악해 기계에 전달한다. 전달한 정보를 토대로 기계나 로봇(아바타)이 사람처럼 물질의 촉감을 구별하고 동작을 그대로 따라하는 원리다.
고현협 교수는 “인공피부를 이용해 소리로 아바타 로봇의 손을 제어하는 기술도 개발했다. 사람이 스마트 햅틱 장갑을 끼고 움직이자 아바타 로봇 손은 사용자 손 움직임을 그대로 따라 했다”며 “유리, 종이, 실크 등 8가지 다른 물질의 질감도 93% 정확하게 인식했다”고 설명했다.
이 연구는 미국과학협회(AAAS) 발행 '사이언스 어드밴시스' 3월 25일(현지 시각)자에 실렸다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
