▲ 북경항공항천대 연구진이 개발한 촉각 감지 소프트 손가락(사진=북경항공항천대)

중국 베이징 소재 북경항공항천대학(北京航空航天大学ㆍBeihang University) 연구진이 소프트 로봇 손가락에 적용할 수 있는 촉각 감지 기술을 개발했다고 테크익스플로어가 2일(현지 시각) 보도했다.

연구진은 이번 연구 성과를 논문 발행전 공개 사이트인 '아카이브(arXiv)'에 발표했다. 연구진은 포유류가 자신의 위치와 동작을 인지할 수 있는 생물학 메커니즘인 ‘고유수용성 감각(proprioception)’을 갖고 있다는 점에 착안해 이 기술을 개발했다고 소개했다. 고유수용성 감각은 사람이 특정한 공간에서 자신의 위치를 감지하고, 몸과 팔다리를 자유롭게 움직이는 운동 감각을 유지하는 데 필요한 기능이다.

이번 연구를 수행한 창청(Chang Cheng) 연구원은 "포유류가 몸의 위치와 힘줄 및 관절에 가해지는 부하를 결정하는 고유수용성 감각 프레임워크에서 아이디어를 얻었다“며 "우리는 눈과 귀를 막더라도 고유수용성 감각 덕분에 손의 자세, 팔의 위치, 또는 식료품 봉지가 얼마나 무거운지 느낄 수 있다. 우리는 의수 연구 프로젝트를 진행해 왔으며 기존 의수의 감각적인 피드백 부족을 해소할 수 있는 방법을 찾아왔다”고 말했다. 기존 연구자들은 고유수용성 감각과 촉각 감지간의 상관 관계에 별로 주목하지 않았다.

연구팀이 선보인 시제품은 선형 액추에이터, 힘줄(또는 케이블), 변형 센서, 소프트 로봇 손가락 등으로 구성되어 있다. 창청 연구원은 "힘줄을 통해 액추에이터에 손가락을 연결하고, 힘줄 중간 부분에 변형 센서를 설치했다. 이어 액추에이터를 구동하면 힘줄이 당겨져 손가락이 구부러지거나 펴지고, 힘줄의 긴장도가 변한다. 손가락이 다른 물체에 닿으면 센서가 물체의 특성을 나타내는 변형 신호들을 출력한다“고 설명했다.

연구자들이 고안한 기술은 센서의 측정값을 통해 물체의 특징을 추출해낸다. 또 기계학습(머신러닝) 도구를 활용해 소프트 로봇 손가락이 닿는 표면이나 물체의 질감과 강성을 판독할 수 있다. 연구진이 시제품을 테스트한 결과 물체의 질감과 강성을 높은 정확도(각각 100%, 99.7%)로 해독할 수 있는 것으로 나타났다.

창청은 "바이오닉 손가락에 대한 기존 연구는 대부분 손가락 끝에 센서를 설치하는 것을 제안하고 있다. 이 같은 연구들이 좋은 성과를 냈지만 손가락 끝 센서와 물체 사이의 정확한 접촉이 필요하다는 단점이 있다. 이에 비해 이번 연구는 촉각 감지 장치가 힘줄에 있기 때문에 손가락의 어느 곳을 접촉하더라도 특징적인 신호 출력을 발생시켜 촉각 정보를 추론하는 데 활용할 수 있다"고 말했다.

연구팀의 촉각 감지 기술은 로봇 힘줄에 센서를 내장했기 때문에 정확한 표면 접촉 없이도 촉각과 고유수용감각에 관한 피드백을 얻을 수 있어 첨단 로봇과 의수 개발에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

창청은 "우리는 현재 이 시스템에 미끄럼 감지 기능을 추가하는 방법을 탐색하고 있다. 사람이 물건을 조작하거나 움켜쥘 때 미끄럼 현상은 거의 피할 수 없기 때문에 강력하고 신뢰할 수 있는 제어 솔루션 개발을 위해선 미끄럼의 감지와 제어가 중요하다"고 말했다.

연구진은 또한 유명 나노기술연구소와 협업해 힘ㆍ토크 신호를 감지하고, 로봇 손끝에 배치할 수 있는 저비용 촉각센서를 개발하고 있다고 밝혔다.