우리 연구진이 로봇 관절과 손 끝 움직임을 정밀 감지하는 기반 기술을 개발했다. 세 방향의 자기장을 별도 초기화 장치 없이 측정하는 3축 자기 센서를 초소형으로 구현했다. 세계 최초 성과로, 향후 로봇과 웨어러블 기기, 의료기기 등 정밀한 움직임 감지 분야에 활용될 전망이다.
한국기계연구원은 오선종 AI로봇연구소 바이오기계연구실 책임연구원팀이 초상자성 나노입자를 잉크젯 프린팅 방식으로 평면 홀 자기저항(PHMR) 소자 위에 인쇄해 세 방향 자기장을 동시에 측정할 수 있게 한 초소형 3축 자기 센서를 개발했다고 6일 밝혔다.
기존 평면형 자기 센서는 좌우·앞뒤 방향 자기장은 측정할 수 있지만, 수직으로 들어오는 자기장을 측정하기 어려웠다. 연구팀은 자기장 방향을 바꿔주는 '플럭스 가이드'를 센서 위에 형성해 이를 해결했다.
기존에는 플럭스 가이드에 니켈이나 퍼멀로이 등 강자성 소재를 사용했지만, 자기장이 사라진 뒤에도 자성이 남는 '자기 이력' 현상으로 별도 리셋 회로가 필요했다.
이에 연구팀은 외부 자기장이 사라지면 자성도 함께 사라지는 초상자성 나노입자를 적용해 별도 리셋 회로 없이 반복적으로 자기장을 측정할 수 있도록 했다.
연구팀은 또 나노입자가 굳는 과정에서 외부 자기장을 가해 입자를 수직 방향으로 정렬시키는 기술을 적용했다. 이를 통해 수직 방향 자기장 감도를 기존 대비 약 3배 높였으며, 수직 자기장을 센서가 측정할 수 있는 방향으로 바꾸는 자기장 변환 효율도 최대 40%까지 향상시켰다. 개발 센서는 가로·세로500 ㎛ 크기로, 4개 감지 소자를 동시에 작동할 때 소비전력도 16밀리와트(㎽) 수준에 불과하다.
개발된 센서는 자기장뿐 아니라 로봇이 물체와 접촉할 때 발생하는 힘을 감지하는 촉각 센서로도 확장할 수 있고 로봇 손과 소프트 로봇, 웨어러블 기기, 의료기기 등에 활용될 것으로 기대된다.
오선종 책임은 “향후 로봇과 웨어러블 기기 등 작고 정밀한 센서가 필요한 분야에 폭넓게 활용될 것으로 기대한다”고 밝혔고, 전창엽 박사후연구원은 “앞으로 로봇 손과 소프트 로봇, 인간-기계 인터페이스, 의료기기 등 정밀한 움직임과 힘을 측정해야 하는 분야로 활용 범위를 확대해 나갈 계획”이라고 말했다.
이번 연구는 김철기 대구경북과학기술원(DGIST) 교수팀과 협업으로 수행했다. 연구결과는 국제학술지 어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈 6월호 표지 논문으로 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
