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자극 느끼는 전자피부 개발

그래핀으로 촉각 지닌 피부 만들어

2017.03.24 10:03 이강봉 객원기자

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‘전자 피부(electronic skin)’ 시대가 열리고 있다. 23일 ‘데일리 메일’은 영국 글래스고 대학교 공과대학 연구팀이 태양에너지를 이용해 부드러우면서 외부로부터의 자극을 느낄 수 있는 전자 피부를 개발했다고 보도했다.

그동안 과학자들은 장애인을 위한 보족(prosthetic limbs)이나 로봇 제작을 위해 사람의 피부처럼 유연하면서 촉감을 느낄 수 있는 피부를 개발해왔다. 유연하고 팽팽한 상태를 유지하기 위해서는 그 상태를 계속 유지할 수 있는 소재가 필요하다.

연구팀은 이를 위해 꿈의 나노물질이라고 불리는 그래핀(Graphene)을 사용했다. 철보다 훨씬 강하고 유연하면서, 열전도율이 매우 높고, 투명하면서 전자 이동성이 매우 뛰어난 이 소재를 통해 사람피부처럼 강하고 부드러운 피부를 만들었다.

촉각 수용체 만들어 인공 피부에 이식    

이 피부는 태양 에너지를 흡수해 이를 전기 에너지로 전환할 수 있다. 피부 속에서 에너지가 흐르는 만큼 살아있는 피부처럼 오랜 기간 탄력을 유지할 수 있다. 또한 투명하면서 전기 작용에 매우 예민한 상태를 유지할 수 있다.

과학자들이 실제 사람의 피부처럼 부드러우면서 오래 지속되고 자체적적으로 에너지를 가동할 수 있는 인공 전자 피부가 개발했다. 사진은 글래스고 대학 연구팀이 개발한 '스마트 핸드'. 촉각이 있는 전자 피부가 사용돼 사람의 손처럼 외부 감각을 느낄 수 있다.

글래스고 대학 연구팀이 개발한 ‘스마트 핸드’. 사용된 인공피부는 그래핀을 이용해 강하고 유연함을 실현했다.  또 촉각이 있어 실제 사람의 손처럼 외부 감각을 감지할 수 있다.  ⓒ University of Glasgow

외부로부터의 자극을 감지할 수 있기 위해서는 자극과 관련된 정보를 받아들일 수 있는 촉각 수용체가 필요하다. 연구팀은 이 기능을 위해 사람의 피부 촉각 수용체와 유사한 센서 수용체(sensory receptors)를 만들어 피부에 이식했다.

사람의 피부는 믿을 수 없을 만큼 외부 자극과 기온 등에 예민하며, 또한 피부에 전달된 정보들을 신속히 뇌에 전달해 그때그때 반응하고 있다. 연구팀이 개발한 센서 수용체의 소재는 화학작용에 의해 전기를 발생시킬 수 있는 ‘포토볼테익 세포(photovoltaic cells)’이다.

태양 에너지를 흡수해 화학작용을 통해 인공 피부에 미량의 전기를 흐르게 할 수 있다. 개발 중인 전자 피부가 사람 피부처럼 생생한 상태를 유지하기 위해서는 1 제곱센티미터 당 20 나노와트(nanowatt)의 전기가 요구된다.

연구팀은 이렇게 생성된 전기를 보존해 사용할 수 있는 방안을 연구 중이다. 연구팀원인 라빈더 다이야(Ravinder Dahiya) 박사는 “개발한 전자 피부가 사람 피부처럼 유연하면서 변질되지 않고, 또한 예민한 감촉 기능을 지니고 있다”고 말했다.

현재 이 인공 피부는 특수 소재로 만든 손 골격에 결합해 실제 사람의 손과 같은 기능을 수행하고 있다. 다이야 박사는 “(전자 피부로 만든) 인공 손을 통해 딱딱한 물질은 물론 부드러운 물질들을 움켜쥘 수 있다”고 말했다.

새로운 보족·로봇 산업 창출 가능해     

지금까지 많은 인공 손이 제작됐지만 부드러운 물질을 다루는데 어려움이 있었다. 박사는 “전자 피부와 3D 프린터를 이용해 부드러운 물질을 다룰 수 있는 인공 피부를 제작할 수 있었다”고 말했다.

연구팀은 이렇게 만들어진 인공 손을 ‘스마트 핸드(Smart Hand)’라 부르고 있다. 피부 스스로 감촉을 느끼는 등 지능을 가지고 있다는 의미다. 향후 기능이 더 업그레이드됨에 따라 보족 및 로봇 산업에 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다.

과학자들은 이 피부를 통해 인공 손뿐만 아니라 사람 몸의 피부 이식이 가능하다고 보고 있다. 팔과 다리, 손과 발 제작이 가능해져 장애인을 위한 보족의 개념이 달라지고 의료 분야 전반에 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다.

로봇 산업에 미치는 영향은 더 광범위할 것으로 전망되고 있다. 그동안 많은 로봇들은 딱딱한 움직임을 보이면서 사람과 접촉했을 때 위험하다는 느낌을 지울 수 없었다. 그러나 이번 전자 피부 개발은 위험한 로봇 이미지를 해결할 수 있을 것으로 보인다.

예민한 감촉으로 부드러운 움직임을 보이면서 실제 사람처럼 부드러운 모습을 재현할 수 있을 것으로 예상되고 있다. 기존 로봇 산업에도 큰 영향을 미칠 것으로 보인다. 특히 부드러운 물질을 다루는 과정에서 전자 피부의 역할이 매우 클 것으로 예상되고 있다.

다이야 박사는 “현재 이 전자피부의 기능을 다양한 곳에 적용하는 방안을 연구 중”이라면서 “장애인의 보족, 로봇 외에도 건축, 의료, 섬유 등 다양한 분야에 이 기술을 적용할 수 있다”고 말했다.

그동안 많은 과학자들이 사람의 피부처럼 탄력이 있으면서 오래 변질되지 않는 피부 개발에 많은 노력을 기울여왔다. 그러나 대부분 특수 재질을 사용해 피부와 유사한 질감을 재현하는데 연구가 집중됐다.

글래스고 대학의 전자 피부 개발은 피부 스스로 에너지를 생산할 수 있다는 점에서 매우 획기적이다. 피부에 웨어러블 기능을 결합시켰다. 실제 사람의 피부처럼 넓은 부분을 자연스럽게 감싸면서 감촉 기능까지 갖출 수 있을지 관심이 집중되고 있다.

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