[기계신문] 4차 산업혁명과 함께 인간과 로봇의 상호작용이 빈번해짐에 따라 로봇에게도 인간과 유사한 수준의 촉각을 구현하기 위한 로봇피부 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 현재 개발되고 있는 로봇피부의 경우 상용화되기에 공정적인 부분과 기능적인 부분에서 각각의 한계점을 가지고 있다.
로봇에 로봇피부를 도포하기 위해서는 복잡한 형상에도 로봇피부를 코팅할 수 있어야 하는데, 현재의 로봇피부들은 3차원 코팅이 어렵다. 또한 기존의 로봇피부들은 복잡한 공정을 통해 제작되며, 이에 따라 고비용이 발생하게 되어 대면적화 및 대량생산이 불가능하다.
또, 기능적인 부분에서 인간의 피부는 다양한 자극 수용기를 통해 여러 자극을 구분할 수 있는데 반해 기존의 로봇피부들은 이를 구분하지 못한다. 따라서 로봇에게 여러 자극이 가해져도 로봇은 어떠한 방향에서 어떤 자극이 가해졌는지 인지할 수가 없다.
최근 한국과학기술원 신소재공학과 스티브 박 교수‧김정 교수 공동연구팀은 로봇의 복잡한 형상에 균일하게 코팅할 수 있는 로봇피부를 개발했다고 밝혔다. 균일한 코팅은 로봇피부에 가해진 자극을 보다 정확히 측정할 수 있게 해주는 핵심 기술이다.
연구팀은 용액공정을 활용하여 로봇피부 용액을 개발하였다. 로봇피부 용액은 탄소나노튜브, 물, 탄성중합체를 혼합하여 제작되었다. 로봇피부 용액을 고온에서 가열하면 신축성 있는 다공성 구조의 로봇피부가 형성된다.
개발된 로봇피부는 기존의 로봇피부들과 달리 저비용으로 대량 생산 및 대면적화가 가능하다. 또한 로봇피부 용액을 활용하여 복잡한 3차원 형상에도 로봇피부 코팅이 가능하며, 다양한 코팅 방법을 활용하여 원하는 모양의 로봇피부 제작도 가능하다.
개발된 로봇피부는 다공성 구조를 활용하여 물리적 자극을 구분할 수 있도록 설계되었다. 로봇피부에 마찰이 가해질 경우 기공의 내부에 미세 균열이 발생하여 저항이 증가하게 되는 반면, 압력이 가해질 경우 기공이 닫히면서 구조체 내의 전류 흐름의 경로 변화가 최소화되어 저항 변화가 없다. 즉, 연구팀이 제작한 로봇피부의 경우 압력에는 둔감하고 마찰에는 민감한 특성을 보였다.
개발한 로봇피부를 실제 로봇에 활용하기 위해 전기임피던스영상법(EIT) 이라는 의료 영상 기법과 결합했다. 전기임피던스영상법(EIT)은 기존의 전극 배열 방식과 달리 로봇피부의 모서리에만 전극이 필요하므로, 전기배선을 최소화할 수 있다.
전기배선을 최소화하므로 대면적화가 용이하고 3차원 표면에서도 활용할 수 있다. 전기임피던스영상법(EIT)을 활용하여 실시간으로 로봇피부에 가해지는 마찰이 가해지는 위치와 크기를 정확히 측정하는 데 성공했다.
스티브 박 교수는 “개발된 로봇피부는 저비용으로 대량생산이 가능하며, 복잡한 3차원 표면에도 손쉽게 코팅이 가능하다”며 ”로봇피부의 상용화에 한 걸음 가까워질 수 있는 원천기술”이라고 설명했다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업 지원으로 수행되었으며, 국제학술지 'ACS Nano' 8월 28일자 표지논문으로 게재되었다.