사진설명. 이준호 박사과정 재학생(제1저자)과 박성규 교수

전자전기공학부 박성규 교수(연구책임자)와 이준호 박사과정 학생(제 1저자) 연구팀이 머신러닝을 통한 다중 감지 및 자가 인식 기능을 내장한 인공지능 기반의 차세대 교차반응 전자피부 기술 개발에 성공했다.

웨어러블 및 로보틱스 분야에 광범위하게 활용 되고 있는 전자피부 기술은 인체의 조직과 유사한 초 연신, 초 유연, 열 감지 기능을 내재하고 다양한 외부 자극 (연신, 구부림, 꺾임, 온도)을 실제 피부 감각과 유사하게 감지하는 기술로 피부조직과 유사한 첨단 나노소재, 외부 자극을 전기적 신호로 전달하는 전자소자, 다양한 외부자극을 인지하기 위한 신호처리 기술 등으로 이루어진 융복합 기술의 핵심 분야이다.

하지만, 현재까지 개발된 전자피부 기술의 경우 복합 외부 자극에 대한 인식 기술과 다양한 자극의 구분 및 분리 기술의 어려움, 설계 및 제조의 복잡성 등으로 인해 실제 로보틱스 및 웨어러블 분야의 적용에 많은 난관이 있었다.

연구팀은 첨단 나노소재 및 다중 매트릭스 최적 구조 설계로 복합 자극을 동시에 감지할 수 있는 교차반응(Cross-Reactive) 센서 어레이를 구현하였으며, 이를 머신러닝 기술과 융합해 다양한 복합 자극을 동시에 인식하며 개별 자극으로 분리할 수 있는 인공지능 기반 차세대 전자 피부 기술을 최초로 개발하였다. 기존 전자피부 기술의 경우 다양한 외부 자극을 인식하기 위해서는 각 자극에 대응하는 개별 전자소자가 필요하고(Lock and Key Methods), 각 자극에 대한 별도의 신호처리 기술을 필요로 하는 등 많은 센서 소자 및 분리 신호처리에 대한 막대한 시간 및 시스템의 크기, 부하 등이 존재해 실제 적용에 큰 어려움이 있었다.

사진 설명. 신축형 나노 복합소재를 이용한 교차반응 센서 어레이 시스템

박성규 교수는 “이번 연구는 그동안 이 분야에서 큰 문제점으로 지적되어온 복합 자극 동시 인식 및 개별 자극 분리 기술을 인공지능 기술을 활용해 해결함으로써 교차반응 타입의 센서 어레이의 적용 한계를 무한대로 넓혔으며, 이는 향후 웨어러블 및 로보틱스 분야를 넘어서 자율주행, 디스플레이, 바이오 헬스케어 시장을 포함하는 인간 생활과 접목된 전자시스템 분야로 확장되어 폭넓게 활용될 것으로 기대된다”라고 말했다. 

우리 대학 연구팀이 총괄 연구 책임을 맡고 성균관대학교와 국민대학교, 미국 코넷티컷 주립대학교 의대 연구팀과 공동으로 발표한 이번 논문 ‘거동분석 학습을 통한 교차반응 센서 매트릭스 기반의 인공지능 전자피부 기술 개발 (A Behavior-Learned Cross-Reactive Sensor Matrix for Intelligent Skin Perception)’은 재료 분야 저명 학술지 (2020 인용지수 27.398) 6월호에 게재되었다.

사진 설명. 인공지능 기술을 활용한 교차반응 센서 어레이 기반의 전자피부 기술소개