[인더스트리뉴스 조창현 기자] 착용자에게서 분비되는 땀이나 각질 등에도 끄떡없이 웨어러블 로봇을 장기간 안정적으로 제어 가능하도록 도와주는 근전도 센서 기술이 개발됐다. KAIST(총장 이광형)는 전기및전자공학부 정재웅 교수와 기계공학과 김정 교수 연구팀이 공동연구를 통해 피부 상태에 영향을 받지 않으면서도 고품질 전기 생리 신호 측정이 가능한 신축·접착성 마이크로니들 센서를 개발하는 데 성공했다고 지난 23일 밝혔다.

KAIST 정재웅 교수는 “개발된 신축·접착성 마이크로니들 센서는 피부 상태에 영향받지 않는 안정적인 근전도 센싱을 통해 보다 정확하고 안정적인 웨어러블 로봇 제어를 가능하게 한다”며, “로봇을 활용하는 환자에 대한 재활 등을 보다 용이하게 할 수 있을 것”이라고 말했다.

마이크로니들 집적한 센서 제작

재활치료 등에 활용되는 웨어러블 로봇이 사람이 움직이는 의도를 인식하기 위해서는 신체에서 발생하는 근전도를 정확하게 측정하는 웨어러블 전기 생리 센서가 필요하다. 다만 기존 센서들은 시간에 따라 신호의 품질이 떨어지거나 피부에 있는 털·각질·땀 등으로부터 영향을 많이 받으며, 피부보다 단단한 물성으로 움직임시 발생하는 피부 변형을 따라갈 수 없어 노이즈를 발생시킬 수 있다. 관련 단점들은 웨어러블 로봇에 대한 신뢰성 높은 장시간 제어를 힘들게 하는 요소로 꼽히고 있다.

새롭게 개발된 기술은 잘 늘어나며 접착성이 있는 전도성 기판에 피부 각질층을 통과할 수 있는 마이크로니들 어레이를 활용했다. 구체적으로 연구팀은 부드러운 실리콘 중합체 기판을 활용, 마이크로니들을 집적해 신축·접착성 마이크로니들 센서를 제작했다.

KAIST는 단단한 마이크로니들이 높은 저항을 가진 피부 각질층을 투과해 피부 접촉 저항을 효과적으로 낮춰 털이나 각질, 땀 등 이물질로 피부가 오염돼도 고품질 전기 생리 신호를 얻을 수 있다고 설명했다. 또 부드러운 전도성 접착 기판이 사람 움직임으로 인해 피부가 늘어나는 것에 순응하기에 편안한 착용감을 제공하며, 움직임으로 인한 동작 잡음을 최소화할 수 있다고 부연했다. 이에 새로운 기술은 불편함 없이 장기간 고품질 근전도 측정을 가능하게 해줄 것으로 보인다. 특히 땀, 각질 등을 제거하는 피부 준비 작업을 거치지 않아도 되며, 시간에 따른 착용자 피부 상태가 변화하더라도 상관없기에 웨어러블 로봇을 안정적으로 제어할 수 있는 기술로 분석된다.

실험 통해 센서 효용성 확인

새로운 기술을 개발한 연구팀은 신축·접착성 마이크로니들 센서 패치에 대한 효용성을 검증하기 위해 웨어러블 로봇을 이용한 동작 보조 실험을 진행했다. 다리에 부착된 신축·접착성 마이크로니들 센서 패치는 근육에서 발생하는 전기신호를 감지하고 동작 의도를 웨어러블 로봇에 전송해 사람이 무거운 짐을 손쉽게 들어 올릴 수 있도록 지원한다.

연구팀은 마이크로니들 센서 패치를 사용했을 때 피부 상태, 신체 움직임 크기 및 종류와 상관없이 안정적인 근전도 센싱에 기반한 동작 의도 인식을 통해 웨어러블 로봇이 사용자 동작을 효과적으로 보조할 수 있음을 확인했다고 전했다.

한편 공동연구팀이 진행한 연구는 한국연구재단이 추진하는 생체신호센서융합기술개발사업, 전자약기술개발사업, 4단계 BK21 사업 관련 지원을 받아 수행됐으며, 관련 연구에 대한 논문은 지난 17일 국제 학술지 사이언스어드밴시스(Science Advances)에 게재됐다.

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