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촉감 넘어 소리·혈압 감별하는 ‘전자피부’

촉감 넘어 소리·혈압 감별하는 ‘전자피부’

유용하 기자
유용하 기자
입력 2017-04-04 18:04
업데이트 2017-04-04 18:10
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김도환·정희태 교수 연구팀 국제학술지 발표… 특허 출원

최근 냄새·위치 파악 기능 추가
로봇·웨어러블 기술에 접목 활발
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2015년 개봉한 영화 ‘어벤져스:에이지 오브 울트론’의 한 장면. 한국계 천재 생명공학자 닥터 조가 적과 전투 중에 치명적인 부상을 입은 어벤져스 요원에게 첨단 인공피부를 이식해 생명을 구한다. 최근 과학계에서는 이런 인공피부뿐만 아니라 사람의 손가락이나 촉각을 대신하는 전자촉각 연구가 활발하게 이뤄지고 있다.

초기 인공피부는 화상이나 외상으로 인해 생긴 피부 변형과 상처를 치료하기 위한 피부재건 성형, 각종 수술 후 발생할 수 있는 합병증을 막기 위한 의료용으로 개발됐다. 최근에는 로봇이나 의수, 의족 같은 기계장치 표면에 피부 기능을 부여하는 연구로 확대돼 진행되고 있다.

피부는 동물의 몸을 덮고 있는 일종의 외피나 막으로, 무척추동물은 단층 표피로 돼 있고 척추동물은 다층 표피로 구성된다. 사람에게 피부는 가장 넓은 생체기관이다. 외부환경에서 신체를 보호하고, 전신의 대사기능에 필요한 생화학적 기능도 한다. 성인의 경우 면적은 평균 1.8~1.9㎡로, 3분의1 이상을 잃으면 사망에 이를 정도로 중요한 기관이기도 하다.

인공피부와 전자촉각 연구의 목표는 사람 피부와 비슷하게 넓은 표면을 덮을 뿐만 아니라 미세한 촉감까지 느낄 수 있도록 하는 데 있다.

국내 연구팀이 일반적인 접촉과 물체의 하중, 소리, 혈압까지 정확하게 감별하는 전자피부를 개발해 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈’ 4일자 표지논문으로 발표했다. 국내외 특허 4건도 출원한 상태다.

숭실대 유기신소재 및 파이버공학과 김도환 교수와 카이스트 생명화학공학과 정희태 교수가 참여한 연구팀은 폴리우레탄 고분자와 이온성 액체를 활용해 사람 피부에서 나타나는 ‘점-유탄성’이라는 특성을 구현하는 데 성공했다. 점-유탄성은 구조체 내에 있는 유체가 점성을 갖고 흐르는 성질을 말한다. 연구팀은 이 특성을 구현한 전자피부를 개발해 늘어나고 휘는 것은 물론 미세한 압력에도 반응할 수 있게 했다. 로봇 전체 또는 일부에 이 기술을 적용하면 유연하고 신축성 있는 소프트 로봇을 만들어 수술용 로봇팔처럼 헬스케어 시스템에 유용하게 활용할 수 있을 것으로 보인다.

인공·전자피부는 사람의 피부와 유사하게 만드는 외형적 기능을 중심으로 개발되다가 최근에는 사람의 피부에는 없는 기능이 추가하는 스마트 전자피부 연구로 무게중심이 옮겨 가고 있다.

인체에 유해한 기체나 액체 등과 접촉했을 경우 물체의 전기용량이 변하는 특성을 이용해 촉감뿐만 아니라 미세한 냄새 변화까지 파악할 수 있는 인공피부가 대표적이다. 사람은 인식할 수 없는 냄새를 감지해 위험상황을 빠르게 포착하고 후속 조치를 취할 수 있도록 하는 것이다. 초음파를 감지하거나 자기장을 이용해 위치를 파악할 수 있는 인공피부도 연구되고 있다.

로봇 분야에서도 지금까지는 사람처럼 두 발로 걷는 기술에 집중해 연구됐다면 최근에는 다양한 촉감과 압력을 느끼는 한편 사람의 피부와 똑같은 질감과 온도를 갖고 있는 외피를 갖는 방향 연구가 확대되고 있다. 최근 전 세계가 고령화사회로 접어들면서 로봇이 가사나 간병 등을 대신할 가능성이 커지는 만큼 인간이 친근감을 느끼기 위해서는 차가운 금속재질보다는 사람과 같은 부드럽고 따뜻한 느낌을 갖도록 하는 것이 중요하기 때문이다.

인공피부 및 전자촉각 연구자들은 “입고 착용할 수 있는 웨어러블 기기의 궁극적 목표는 몸에 삽입하거나 부착하는 형태가 될 것으로 보이는데 전자피부가 그런 연구의 종착점이라고 할 수 있다”고 말하고 있다. 그러나 이들은 “전자피부의 상용화를 위해서는 생체 부작용과 배터리 같은 전원공급 문제를 넘어야 한다”며 “실험실 연구성과가 실생활에 활용되기까지는 시간이 걸릴 것”이라고 지적했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr
2017-04-05 23면

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