성균관대, 생체 촉각기관 모사한 ‘지능형 인공 촉각 수용기’ 개발

성균관대 연구진이 개발한 인간의 느린 적응와 빠른 적응 촉각 수용체가 동시에 모방된 초고효율, 초고전력, 초저전압 지능형 인공 촉각 수용기./성균관대

국내 연구진이 인간의 피부처럼 외부 자극을 감지하고 스스로 학습·반응하는 차세대 지능형 센서를 개발했다.

이내응 성균관대 신소재공학과 교수 연구진은 인간의 촉각 인지 시스템에서 착안해 유사 시냅스의 기능과 구조를 모사한 지능형 인공 촉각 수용기 어레이를 개발하고, 이를 기반으로 새로운 지능형 센서 플랫폼을 구현했다고 29일 밝혔다. 촉각 수용기는 압력이나 진동, 온도와 같은 외부 자극을 감지해, 활동 전위로 변환해 뇌로 전달하는 역할을 하는 장치다.

최근 인공지능(AI)의 중요성과 역할은 전 산업 분야에서 주목받고 있으며, 특히 AI를 실제 물리적 환경에서 구현하고 적용한 피지컬 AI(Physical AI)는 미래 산업에서 자율 시스템의 핵심 기반 기술로 부상하고 있다. 피지컬 AI에서 데이터 입력은 센서를 통해 시작되며, 이에 따라 센서 데이터의 효율적 처리를 위해 고성능 신호처리 능력을 갖추면서도 인체 체성감각계의 메커니즘을 모사한 지능형 센서 기술에 대한 연구가 활발히 진행 중이다.

연구진은 인체의 감각기관이 정보를 처음 처리하는 방식, 즉 감각 수용체와 신경 말단 사이의 ‘유사 시냅스 구조’에 주목했다. 사람의 피부 속에 있는 자극에 느리게 적응하는 메르켈 세포와 자극에 빠르게 적응하는 파시니안 세포의 촉각 수용체에서 영감을 받아, 두 가지 적응 특성을 모두 반영한 16개의 감각 센서부와 시냅스부(시냅틱 트랜지스터)를 하나로 통합한 플랫폼을 개발했다.

개발한 플랫폼은 마치 사람의 지문처럼 생긴 마찰전기 센서층과, 자극을 기억하고 반응하는 시냅틱 트랜지스터를 단일 구조로 구현한 것으로, 느린 자극과 빠른 자극을 동시에 인식할 수 있다.

실험을 통해, 이 센서는 기계적인 자극의 강도·빈도·형태에 따라 시냅스 가중치가 자연스럽게 변화하며 반응하는 것을 확인했다. 특히 전체 학습 데이터의 10% 이하만을 활용해도 90% 이상의 정확도로 질감과 표면 패턴을 인식할 수 있어, 기존 기술에 비해 데이터 처리 효율이 매우 우수한 것으로 나타났다.

연구진은 “감각 자체에 AI적 기능이 내장된 센서는 초저전압, 초저전력, 고효율로 작동하는 것이 특징이며, 지능형 로봇, 뉴로모픽 감각 시스템, 웨어러블 전자피부 등 다양한 분야에 새로운 기술적 가능성을 제시한다”며 “특히 외부 환경 데이터를 센서 단계에서부터 처리할 수 있어, 향후 고속·고효율 자율 AI 시스템 구현의 핵심 기술로 주목받고 있다“고 밝혔다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 머티리얼즈(Nature Materials)’에 지난 28일 게재됐다.

참고 자료

Nature Materials(2025), DOI: https://doi.org/10.1038/s41563-025-02204-y

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