ETRI, AI 적용된 피부부착 센서 개발…신축량과 방향 동시 측정

중앙대 연구진과 협업, 상용화 추진…국제 학술지 발표

98% 정확도, 재활·헬스케어·로봇 등 전자피부 활용 전망

[대전=뉴시스] 늘어나는 크기와 방향을 동시에 정확히 측정할 수 있는 스트레인 센서 형상 및 동작 개념도.  *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 피부의 늘어나는 크기와 방향을 동시에 정확히 측정할 수 있도록 인공지능(AI) 알고리즘이 적용된 피부부착형 스트레인(Strain) 센서를 개발했다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 중앙대학교 연구팀과 공동으로 전 방향에서 늘어나고 줄어드는 신축량과 변형방향을 98%의 정확도로 감지할 수 있는 스트레인 센서를 개발했다고 8일 밝혔다.

기존 피부부착 스트레인 센서는 고무와 같은 신축성 소재와 그래핀, 탄소나노튜브(CNT) 등 전도성 나노소재를 더해 신축성 전도체 채널을 만든 뒤 채널이 늘어나고 줄면서 변화하는 전기 저항값으로 변형의 크기를 감지했다.

하지만 이 구조는 미리 정해진 특정 방향으로 가해지는 변형만을 감지할 수 있어 같은 부위라도 상황에 따라 여러 방향으로 늘어나는 피부의 특성을 정확히 측정할 수 없었다.

이번에 ETRI-중앙대 연구진은 세계 처음으로 인공신경망 구조를 이용한 AI 알고리즘을 적용해 늘어나는 크기와 방향을 동시에 측정할 수 있는 스트레인 센서를 제작하고 크기와 방향을 98% 정밀도로 예측하는 데 성공했다.

이 기술은 사람의 피부에 부착, 인체의 움직임을 측정할 수 있을 뿐 아니라 재활, 헬스케어, 로봇 등에 활용이 가능하다.

연구진은 일자형태의 신축성 전도체 채널을 늘어나지 않는 두개의 단단한 영역 사이에 걸쳐 360도로 늘어나는 방향에 따라 주기적인 저항 증감 특성을 나타내는 새로운 구조를 구현했다.

또 3개의 센서를 서로 다른 방향으로 인접하게 배치해 이들 신호의 조합으로 특정 부위의 신축 방향과 변형량을 동시에 산출할 수 있게 했다. 특히 다양한 센서 데이터들을 인공신경망 알고리즘을 통해 학습, 신축 방향과 변형량을 98% 정확도로 추출할 수 있도록 했다.

[대전=뉴시스] ETRI 연구진이 스트레인 센서의 신축량과 변형방향을 측정하고 있는 모습. *재판매 및 DB 금지

기존에는 다양한 감각을 인지키 위해 다량의 개별센서를 활용, 신호 해석 시간에 따른 지연현상이 생겼지만 공동연구팀의 기술은 단일 교차반응 센서에서 얻어진 복합신호에 인지학습을 통한 AI 알고리즘이 적용돼 다양한 감각 특성을 동시에 추출할 수 있다.

특히 센서에 사용된 소재들은 인체에 무해한 소재로 피부부착 및 인체 각 부위의 동작 감지에 널리 사용될 수 있으며 인쇄공정을 통해 제작도 간편하고 가격도 싸다.

연구진은 3년 내 근골격 질환의 진단 및 상시 재활치료에 적용할 수 있도록 상용화에 연구에 들어갈 예정이다.

연구 성과는 세계적 학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)' 온라인판에 지난달 5일자로 게재됐다.(논문명:인지적 학습망을 이용한 전방향 스트레인 센서 어레이)

ETRI 플렉시블전자소자연구실 김성현 책임연구원은 "개발된 고정확 스트레인 센서는 간단한 구조로도 피부의 복잡한 변형 양상을 정확히 측정할 수 있어 재활치료 및 헬스케어, 로봇, 의족·의수, 웨어러블 기기 등 전자피부가 필요한 분야에 폭넓게 활용이 가능할 것"이라고 전망했다.

중앙대 박성규 교수도 "인공지능 알고리즘을 이용해 단순한 센서 모듈로도 다양한 특성을 동시에 인식하고 기존 방식의 시공간적인 제약을 탈피할 수 있는 획기적인 시도"라며 "인공지능 기반 시스템에 두루 응용될 수 있다"고 밝혔다.


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