‘피부 감각을 느낀다’…박성준 교수팀, 메타버스 기반 ‘인공 감각 시스템’
‘피부 감각을 느낀다’…박성준 교수팀, 메타버스 기반 ‘인공 감각 시스템’
  • 송협 선임기자
  • 승인 2021.07.12 17:10
  • 댓글 0
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헬스사이언스 새로운 지평 연 박 교수 “가상현실 더 놀라운 진화 경험”
ⓒ데일리포스트=이미지 제공 / 사진 좌측부터 KAIST 박성준 교수·고려대학교 천성우 교수·한양대학교 김종석 교수
ⓒ데일리포스트=이미지 제공 / 사진 좌측부터 KAIST 박성준 교수·고려대학교 천성우 교수·한양대학교 김종석 교수

[데일리포스트=송협 선임기자] “이번 연구는 실제 신경 신호 패턴 학습을 바탕으로 한 인간 모사형 감각 시스템을 세계 최초로 구현했다는데 의미가 있습니다. 이를 바탕으로 현실적인 감각 구현이 가능하고 생체신호 모사 기법이 인체 내 타 감각 시스템과 결합될 경우 시너지를 낼 수 있을 것으로 기대합니다.” (KAIST 바이오 및 뇌공학과 박성준 교수)

실제 감각은 없이 외형적으로 보여주기만 했던 의족과 달리 가상현실인 메타버스 기반의 인공 피부를 적용한 현실감 있는 촉각 구현이 가능한 시대가 개막될 전망이다.

KAIST 바이오 및 뇌공학과 박성준 교수 연구팀이 고려대학교 천성우 교수와 한양대학교 김종석 박사 공동 연구팀과 함께 인간 피부-신경 모사형 인공 감각 인터페이스 시스템을 개발해 화제다.

화상 환자를 위해 가상/증강 현실과 메타버스(MetaVerse) 기술을 적용한 인공 피부와 로봇형 의수/의족 등에 사용될 수 있는 인공 감각 시스템은 구현해야 할 원리와 시스템의 복잡성 때문에 실제 감각기관처럼 만들기 어려운게 현실이다.

무엇보다 사람은 다양한 유형의 촉각 수용기를 통해 정보를 조합, 촉각을 감지하는 만큼 완벽한 인공감각 시스템 구현이 어렵다는게 정설이다.

이를 감안한 연구팀은 문제 해결을 위해 나노입자 기반의 복합 촉각 센서를 제작하고 실제 신경 패턴에 기반한 신호 변환 시스템과 연결하는 방법을 사용했다.

인간 피부-신경 모사형 인공 감각 인터페이스 시스템 개요 / KAIST 제공
인간 피부-신경 모사형 인공 감각 인터페이스 시스템 개요 / KAIST 제공

연구팀은 이 두 가지 기술 조합을 통해 인간의 촉각 인식 프로세스를 최대로 모방하는 인공 감각 인터페이스 시스템 구현에 성공했다.

실제로 연구팀은 압전재료 및 압전 저항성 재료 조합으로 이루어진 전자 피부를 제작했는데 이 센서는 나노입자의 적절한 조합을 통해 피부 내 압력을 감지하는 늦은 순응 기게적 수용기(SA)와 진동을 감지하는 빠른 순응 기계적 수용기(FA)를 동시에 모사할 수 있다는 특징을 가지고 있다.

이에 따라 연구팀은 제작한 회로 시스템을 통해 실제 감각 신호와 같은 형태의 패턴으로 변환되며 이때 생체 내 상황을 최대한 모사하기 위해 실제 감각신경을 추출하고 다양한 감각에 의한 신호를 측정해 함수화하는 방법이 사용됐다.

연구팀은 해당 시스템을 먼저 동물 모델에 적용했다. 아울러 인공 감각 시스템에서 발생한 신호가 생체 내에서 왜곡 없이 전달되며 근육 반사 작용 등 생체 감각 관련 현상들을 구현할 수 있다는 점을 확인했다.

특히 딥 러닝 기법을 통해 직물의 질감을 99% 이상 분류할 수 있을 뿐 아니라 학습된 신호를 기반으로 인간과 동일하게 예측할 수 있다는 점을 확인했다.

박 교수는 “일반적으로 로봇 의수의 경우 움직임만 있지만 의수에 인공 피부를 붙이면 로봇 팔에 적용되는 감각을 사람이 그대로 느낄 수 있다.”면서 “예컨대 미국과 같이 멀리 떨어져 있는 친척이나 친구와 악수를 할 경우 인공 피부 시스템을 손에 적용하면 양쪽으로 신경신호를 메타버스를 통해 전달되는 개념”이라고 덧붙였다.

한편 이번 연구 결과는 지난달 3일 국제 학술지 ‘네이처 일렉트로닉스’ 출판됐으며 한국 연구재단 신진연구사업을 비롯해 차세대 지능형 반도체 개발사업, KAIST 글로벌 이니셔티브 프로그램 등의 지원을 받아 수행됐다.



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