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[IT뉴스]사람 피부처럼 접촉·굽힘 구분하는 ‘스마트 소재’

온카뱅크관리자

2026-08-04 13:37:29

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 광주과학기술원(GIST) 
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 <img alt="로봇 소재만으로 복합적 힘을 구분하는 기술이 개발됐다. 기술을 적용한 로봇은 별도 카메라나 복잡한 계산 없이 유해물질 격리 작업을 성공적으로 수행했다. ChatGPT 생성이미지" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/04/dongascience/20260804132810997sqau.png" data-org-width="680" dmcf-mid="b7z1lBb0if" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/04/dongascience/20260804132810997sqau.png" width="658">
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 로봇 소재만으로 복합적 힘을 구분하는 기술이 개발됐다. 기술을 적용한 로봇은 별도 카메라나 복잡한 계산 없이 유해물질 격리 작업을 성공적으로 수행했다. ChatGPT 생성이미지
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 사람 피부처럼 외부 물체가 닿는 '접촉'과 관절이 휘어지는 '굽힘'을 구분하는 스마트 소재가 개발됐다. 여러 종류의 센서나 복잡한 연산 없이 소재 내부 구조만으로 힘의 방향을 구별해 자율적으로 움직이는 소프트 로봇에 활용될 것으로 기대된다.
 광주과학기술원(GIST)은 하민정 신소재공학과 교수팀이 자기장으로 나노와이어의 배열 방향을 제어해 복합적인 힘을 방향별로 구분하는 소재를 개발했다고 4일 밝혔다. 연구결과는 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈'에 지난달 18일 온라인 게재됐다.
 소프트 로봇은 자유롭게 휘어지고 변형되는 로봇이다. 좁고 불규칙한 공간을 탐사하거나 파손되기 쉬운 물체를 다루는 데 유리하다. 소프트 로봇의 정밀한 작동을 위해서는 사람 피부처럼 접촉·굽힘 등 서로 다른 다양한 기계적 자극을 구분하는 촉각 기능이 필요하다.
 기존 촉각 센서는 누르는 힘과 굽히는 힘이 동시에 작용하면 두 신호가 서로 섞이는 '간섭' 문제가 발생한다. 간섭을 해결하는 과정에서 로봇의 유연성과 운동 자유도가 떨어지고 실시간 제어가 어려워진다. 두 신호를 구분하려면 여러 종류의 센서를 촘촘하게 배치하거나 복잡한 데이터 연산을 거쳐야 하기 때문이다.
 연구팀은 소재 자체의 내부 구조가 힘의 방향을 구분하는 새로운 기술을 개발했다. 힘이나 압력을 받으면 전기 신호를 생성하는 '티탄산바륨 나노와이어' 표면에 산화철 나노입자를 입혀 '자기-압전 나노와이어'를 제작했다.
 제작한 나노와이어는 '형상기억고분자'에 고르게 분산시킨 뒤 외부 자기장을 가해 원하는 방향으로 정렬했다. 형상기억고분자는 열 등 외부 자극을 받으면 원래 형태로 되돌아가는 특성이 있는 고분자다. 연구팀이 개발한 소재에서는 나노와이어를 고정해 정렬 방향을 유지하는 역할을 담당한다.
 수직 방향으로 정렬된 나노와이어는 외부 물체가 접촉할 때 발생하는 수직 압력에 민감하게 반응했다. 수평 방향으로 정렬된 구조는 관절이 휘어질 때 발생하는 굽힘 힘에 선택적으로 반응했다. 연구팀은 나노와이어를 직각으로 배치해 x·y·z축에서 동시에 작용하는 3차원 힘의 방향까지 구분하는 데 성공했다.
 서로 다른 방향으로 나노와이어를 배열하면 별도 센서나 복잡한 연산 없이 접촉과 굽힘 신호를 물리적으로 분리할 수 있다는 것을 입증했다.
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 <img alt="촉각 체화형 소프트 로봇의 유해 물질 자율 격리 시연. 스스로 구조를 변형해 유해 물질을 격리하고 접촉 촉각 신호를 실시간 피드백 받아 동작을 제어한다. GIST 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/04/dongascience/20260804132812396ctdw.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="QX3YmpUZiu" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/04/dongascience/20260804132812396ctdw.jpg" width="658">
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 촉각 체화형 소프트 로봇의 유해 물질 자율 격리 시연. 스스로 구조를 변형해 유해 물질을 격리하고 접촉 촉각 신호를 실시간 피드백 받아 동작을 제어한다. GIST 제공
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 연구팀은 개발한 소재를 적용해 '촉각 체화형 소프트 로봇'을 제작했다. 로봇은 실제 자율 임무를 수행하는 과정에서 자신의 굽힘 신호와 물체에 닿을 때 나타나는 접촉 신호를 구분했다. 기존처럼 감각 부품과 구동 부품을 따로 조립하지 않고 로봇 몸체 자체가 힘을 감지하고 움직이는 '감각-구동 일체형 구조'를 구현한 것이다.
 로봇은 감지한 신호를 바탕으로 유해 화학 물질 격리 작업을 성공적으로 수행했다. 외부 카메라나 복잡한 계산 시스템 없이 로봇 내부의 촉각 신호를 실시간으로 받아 다음 동작을 제어하는 ‘폐루프 피드백’ 방식으로 이뤄졌다.
 하민정 교수는 "다종의 센서와 대규모 연산에 의존하던 기존 로봇 감각 시스템과 달리 소재 자체가 복합적인 힘을 구분하도록 설계했다"며 "반복적인 변형에도 안정적으로 작동하고 시각 정보 확보가 어려운 환경에서도 높은 정확도로 촉각을 인식할 수 있어 실시간 자율 로봇 제어 기술 발전에 기여할 것으로 기대된다"고 말했다.  
 &lt;참고 자료&gt; doi.org/10.1002/adma.73967
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 <img alt="왼쪽부터 김유빈 박사과정생, 하민정 교수. GIST 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/04/dongascience/20260804132813629dzuq.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="xsi7H86bdU" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/04/dongascience/20260804132813629dzuq.jpg" width="658">
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 왼쪽부터 김유빈 박사과정생, 하민정 교수. GIST 제공
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 [문혜원 기자 moony@donga.com]
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