만약 어떤 로봇에 열기가 느껴진다면 냉각 시스템에 어떤 오류가 있는 것으로 생각하기 쉽다. 로봇은 따뜻해지도록 고안되지 않았고 금속성의 차가운 스킨으로 만들어졌기 때문이다. 열이 있을 때는 항상 어떤 이유가 있거나 아니면 그렇게 처리되어야 할 필요성이 있을 때만 해당된다. 인간을 비롯한 항온동물은 거의 일정한 체온을 유지하기 위해 많은 에너지를 쓰고 우리가 만지는 어떤 것에 대해서도 온도와 관련된 유용한 정보를 늘 수집하고 있다. 이제 로봇도 이런 능력을 가질 수 있다.

'IEEE 스펙트럼'은 지난 10월 대전에서 개최된 IROS 2016에서 발표된 따뜻한 로봇 스킨 기술의 작동 원리에 대해 상세히 보도했다. 조지아텍의 찰리 켐프(Charlie Kemp) 교수, 타포메이유흐 바타차지(Tapomayukh Bhattacharjee), 조슈아 웨이드(Joshua Wade)는 논문을 통해 ‘능동 가열(active heating)’ 기술을 결합한 새로운 로봇 피부를 소개했다. 전통적인 의미의 힘 센서에 능동 가열 기술을 결합해 물체의 구성을 확인하는 능력을 높였다.

통상적으로 로봇에 사용되는 대부분의 터치 센서는 힘 감지기이다. 표면이 얼마나 딱딱한지, 때로는 어떤 종류의 감촉인지를 알려주면서 물체를 파악하는 역할을 한다. 여기에 어떤 표면이 따뜻한지, 추운지를 감지하는 온도 센서를 추가한다면 로봇의 감지 능력이 배가된다.

우리는 어떤 물건을 직접 만지는 게 아니라면 일상의 대부분은 차갑거나 따뜻하다는 느낌없이 지내는 시간이 많다. 그런데 주위의 물건을 직접 만지게 되면 실제 온도보다 조금 더 따뜻하거나 더 차갑다고 느끼게 된다. 여기에는 두 가지 이유가 있다.

첫번째는 만약 우리가 따뜻하게 느낀다면 우리 피부와 물체 사이에 온도 차이가 있음을 느끼기 때문이다. 두번째는 그 물체들이 우리의 따뜻함을 얼마나 많이 흡수하는지 느끼기 때문이다. 즉 비록 의식하지는 못할지라도 그 물체가 얼마나 빨리 우리의 체온을 흡수하는지를 측정하고 있는 셈이다. 달리 말하면 우리가 그 물체의 열 전도율(thermal conductivity)을 파악하고 있는 것이다.

실험해보면 금방 알 수 있다. 금속성의 물체는 패브릭이나 나무로 된 것보다는 더 차갑게 느껴진다. 심지어 금속과 나무, 패브릭이 똑같은 온도를 갖고 있다고 해도 마찬가지다. 금속은 열 전도성이 더욱 좋기 때문에 우리에게서 열을 더 빨리 뺏기 때문이다. 이것의 결론은 우리의 손가락이 따뜻한 특성으로 인해 금속에 대한 데이터를 얻는 능력이 있다는 것이다.

연구팀이 개발한 촉각 로봇 피부는 ‘텍셀(texels)이라고 불리는 섬유의 배열로 이뤄져있다. 이는 2개의 전도성 패브릭 사이에 저항 패브릭이 샌드위치처럼 끼어 있는 형태인 텍셀, 2개의 수동 서미스터, 2개의 능동 서미스터로 이뤄져 있다. 서미스터는 탄소 섬유 저항 가열 스트립 상단에 위치한다. 연구자들은 3가지 센싱 모드를 사용해 나무와 알류미늄 재질을 대상으로 구분 테스트를 한 결과 누른 상태에서는 전제 시간의 96%내에, 그리고 슬라이딩 터치 상태에선 84% 시간내에 나무와 알루미늄을 식별할 수 있었다.

물론 이것이 최초의 능동 열 센서(active thermal sensor)는 아니다. 스타트업인 신터치(Syntouch)의 바이오텍 센서도 같은 개념을 내세웠다. 조지아텍은 팔 전체에 패브릭 기반 직물 스킨인데 반해 신터치사는 손가락 끝에만 이를 구현했다.

연구팀의 타포 바타차지는 이 같은 센서를 이용할 수 있는 많은 애플리케이션이 있다고 말한다. “로봇의 이 스킨은 다양한 속성의 물건들이 많은 복잡한 환경이나 인간들과 함께 하는 환경에서 유용하다”며 “로봇이 터치하는 물체의 햅틱 속성을 아는 것은 지능적인 제어 전략을 짜는데 도움이 된다”는 것이다. 가령 로봇이 사람을 터치했다는 것을 인식한다면 힘을 쓰는 데 있어서도 훨씬 더 조심스러워질 것이다.