미세한 세포 움직임까지 포착하는 3D 촉각 인식장치 개발
미세한 세포 움직임까지 포착하는 3D 촉각 인식장치 개발
  • 한국과학경제
  • 승인 2020.01.19 14:34
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

IBS 나노의학 연구단, 100배 정밀하게 압력 포착, 건강관리 및 의료 분야에 활용 기대
촉감 인식장치로 하이힐 압력 감지: 촉감 인식장치를 뾰족한 구두 굽으로 밟아 압력을 주었다. 촉감 인식장치 내 총 400개의 센서가 압력을 실시간으로 감지했다. 초록색이 압력이 감지된 영역이며, 색이 진할수록 센 압력을 나타낸다.
촉감 인식장치로 하이힐 압력 감지: 촉감 인식장치를 뾰족한 구두 굽으로 밟아 압력을 주었다. 촉감 인식장치 내 총 400개의 센서가 압력을 실시간으로 감지했다. 초록색이 압력이 감지된 영역이며, 색이 진할수록 센 압력을 나타낸다.
촉감 인식장치로 사람 심장 세포 움직임 감지 : 촉감 인식장치로 2개의 사람 심장세포를 감지했다. 광학현미경 사진에서 2개의 사람 심장세포를 관찰할 수 있다.파란색 배경의 이미지는 전류 신호의 세기를 색으로 나타낸다. 초록색 영역이 압력이 감지된 부분이며, 빨간색일수록 더 큰 압력이 감지되었음을 의미한다.
촉감 인식장치로 사람 심장 세포 움직임 감지 : 촉감 인식장치로 2개의 사람 심장세포를 감지했다. 광학현미경 사진에서 2개의 사람 심장세포를 관찰할 수 있다.파란색 배경의 이미지는 전류 신호의 세기를 색으로 나타낸다. 초록색 영역이 압력이 감지된 부분이며, 빨간색일수록 더 큰 압력이 감지되었음을 의미한다.

 

한국과학경제=이수근 기자】 발걸음부터 미세한 세포 움직임까지 포착하는 3D 촉각 인식장치가 개발됐다.

기초과학연구원(IBS) 나노의학 연구단 박장웅 연구위원(연세대 신소재공학과 교수) 연구팀은 연세대, 한양대, KAIST와 공동으로 큰 힘부터 초미세 압력까지 3차원으로 감지하는 고해상도 촉각 인식장치를 개발하고, 인식장치에 압력을 감지하는 발광물질을 결합했다.

촉각은 피부에 닿아서 느끼는 감각이며, 압각(압력), 온각(따뜻함), 냉각(차가움), 통각(아픔) 등이 있다. 인간의 감각중 가장 원시적인 감각인 촉각을 직관적으로 측정하고 표현하는 장치를 ‘촉각 인식장치’라고 한다. 최근 온도, 소리, 빛 등을 피부로 감지하고 데이터화하는 다양한 인식장치가 개발되고 있다.

3D 촉각 인식장치내 센서 개수가 많고 조밀하게 배열될수록 보다 세밀하게 촉각을 감지할 수 있다. 기존에는 이웃한 센서 간의 간섭이 심해 조밀하게 배열하는 것이 어려웠지만, 이번 연구로 압력에 따라 두께가 변화하는 물질을 이용한 트랜지스터 센서를 개발해 센서간 간섭없이 조밀한 배열이 가능하도록 했다. 이는 촉각을 고해상도로 세밀하게 감지할 수 있도록 해준다.

연구팀은 사람 머리카락 단면(약 0.4 mm2)보다 작은 면적에 가로 20줄, 세로 20줄의 정사각형 형태로 총 400개의 센서를 배열해 3D 촉각 인식장치를 개발하고 장치가 잘 작동하는지 실험을 진행했다. 우선, 50kg의 사람이 굽 반경 1cm 구두를 신고 인식장치를 밟았을 때, 굽에 가해지는 압력의 면적과세기가 인식장치에 실시간으로 표시됨을 확인했다.

또 사람 심장세포의 움직임을 3차원으로 측정, 심장세포 하나가 박동할 때의 압력이 구두 굽으로 밟는 힘보다 약 10,000배 미세함을 확인했다.

추가적으로 연구팀은 3D 촉각 인식장치에 촉각을 감지하면 스스로 빛을 내는 화학물질을 결합하여, 3차원 촉각 분포를 맨눈으로 쉽게 관찰할 수 있도록 했다. 촉각을 시각화함으로써 촉각 인식장치에 대한 사용자 경험을 효과적으로 증대시켰다.

이전에는 목적에 따른 특정 압력 범위만 좁게 측정이 가능했지만, 이번에 개발한 3D 촉각 인식장치로 발걸음 같은 큰 힘부터 세포 움직임 같은 초미세 압력까지 넓은 스펙트럼의 힘 감지가 가능해졌다. 이는 넓은 감지 범위를 갖는 기존의 인식장치에 비해 약 100배 이상 정밀도를 향상시킨 것으로, 전자기기 산업부터 건강관리 및 의료 분야까지 다양하게 활용될 수 있다.

박장웅 연구위원은 “향후 심장 박동 및 혈압 등을 모니터링 하는 장치를 개발하고 신체 정보를 데이터화해 인공지능 진단 등에 활용할 계획”이라며, “폭넓은 활용을 위해 촉각뿐만 아니라 단백질 정보까지 함께 감지할 수 있는 장치도 후속 연구로 개발 중”이라고 덧붙였다.

이번 연구결과는 국제 학술지‘나노 레터스(Nano Letters, IF 12.279)에 1월 15일 오후 6시(한국시간) 표지 논문으로 게재되었다.

■용어설명

*센서(sensor) : 힘, 온도, 소리 등 추상적인 물리량을 전기신호(전류, 전압 등)로 변환하는 전자부품. 하나의 센서는 한 가지의 신호를 검출(detect)할 수 있다. 센서 여러 개를 나열하면, 각 센서에서 검출되는 개별 신호들의 패턴을 확인할 수 있다.

*트랜지스터(transistor) : 집적 회로를 구성하는 가장 작은 단위의 반도체 구조. 전자 장치 내에서 신호를 켜고 끄는 스위치 기능 및 신호 증폭 작용을 담당한다. 대표적인 트랜지스터 재료로는 실리콘(Si)이 있다.


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.