[더구루=홍성일 기자] 중국 연구진이 인간의 신경계를 모방해 통증을 느낄 수 있는 로봇용 인공 피부를 개발했다. 연구팀은 이번 연구 결과를 바탕으로 휴머노이드의 손상 위험을 줄일 수 있을 것으로 기대하고 있다.

2일 업계에 따르면 홍콩성시대학교 연구팀은 통증과 손상을 감지할 수 있는 '뉴로모픽 로봇 전자 피부(neuromorphic robotic e-skin, 이하 NRE-스킨)'를 개발했다. 연구 내용은 미국 국립과학원 회보(PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences)에 게재됐다.

홍콩성시대 연구팀에 따르면 이번 연구는 로봇에서 인간의 반사신경을 구현하기 위해서 진행됐다. 즉 아주 뜨거운 물체를 만지거나 강력한 통증이 발생하면 순간적으로 손을 빼는 인간의 반사 현상을 구현하는 것을 목표로 한 것. 연구팀은 인간의 반사신경을 구현할 수 있다면 휴머노이드 로봇의 손상 등을 줄일 수 있을 것으로 전망했다. 

연구진은 반사신경을 구현하기 위해 인간의 감각 뉴런의 신호 전송 방식을 일부 차용했다. 연구진이 주목한 것은 스파이크(Spike)다. 인간의 감각 뉴런은 외부자극을 받으면 스파이크 형태로 정보를 주고받는다. 특히 외부자극의 세기가 강할수록 빠른 주파수의 스파이크 신호를 생성해 상황에 빠르게 대처한다.

연구팀은 압력 센서가 내장된 폴리머(고분자) 피부를 제작했다. 해당 피부는 전도성 폴리머를 통해 시스템과 연결됐다. 폴리머 피부는 외부에서 압력이 작용하면 이를 스파이크, 즉 짧은 전류 펄스 형태로 변환했다. 정보는 펄스의 모양, 크기, 길이, 빈도의 형태로 전송됐다. 모양과 크기, 길이는 일종의 바코드로 어떤 센서에서 신호가 왔는지를 나타내며, 빈도가 압력의 세기 정보를 제공한다. 이를통해 연구팀은 세기는 물론 어느 부위에서 압력이 어느 강도로 발생하고 있는지 정확히 알 수 있게 됐다.

여기에 연구팀은 '통증 임계값'을 적용했다. 입력된 압력의 세기가 일정 수준을 넘어가면 통증으로 인식하고 중앙처리장치(CPU)의 제어없이 즉각 반응하도록 한 것. 실제로 연구팀은 NRE-스킨을 탑재한 로봇 팔을 제작해, 손상을 입힐 수 있는 수준의 압력에서 즉각 반응하는 것을 확인했다.

또한 연구팀은 관리가 용이하도록 센서에서 주기적으로 신호를 발생시켜 손상된 부위를 확인할 수 있는 기능과 모듈형 설계를 적용해 손상된 부분만 교체할 수 있는 기능도 적용했다.

연구팀은 향후 추가 개발을 통해 동시에 여러 지점에 압력이 작용했을 때 정보를 정확하게 처리할 수 있는 시스템을 구축한다는 계획이다.

업계 관계자는 "실제 피부는 압력 뿐 아니라 온도, 자극 물질 등 다양한 입력 데이터를 처리할 수 있다"며 "아직까지 기술적 한계가 명확하지만 NRE-스킨은 충분히 연구해볼 가치가 있는 분야"라고 말했다.