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컴퓨터공학과 최동수 교수, 감정촉각피부 개발

작성자
KITNEWS
조회
738
작성일
2022.06.07
첨부
컴퓨터공학과 최동수 교수, 감정촉각피부 개발


- 인간과 로봇의 감정 교류 실현 가능성 구현
- 음식 보관용 랩에 착안, 투명성과 신축성 유지되는 방법 제시
- 최동수 교수 제1저자, Chemical Engineering Journal 온라인판 게재

우리 대학 컴퓨터공학과 최동수 교수가 사람과 촉각적으로 감정 교류를 할 수 있는 ‘감정촉각피부’를 개발했다. 최동수 연구팀은 감정촉각피부를 통해 쓰다듬기, 두드리기, 꼬집기, 당기기 등의 다양한 촉각적 감정을 구분하고 나아가 감정 교류의 가능성도 확인했다.


이번 연구 성과는 일상생활에서 많이 사용되는 음식 보관용 랩에 사용되는 물질을 개량시킨 결과다. 최동수 교수는 랩의 원료인 폴리염화비닐 젤(polyvinyl chloride gel)과 물을 용매로 하는 하이드로젤(hydrogel)을 결합하여 투명하면서도 매우 잘 늘어나는 감정촉각피부를 개발하는데 성공했다. 이번 연구는 최동수 교수가 제1저자로 참여했으며, 한국기술교육대의 김상연 교수 연구팀을 비롯해 포스텍의 최승문 교수 등과 함께 협력한 연구 성과다. 

최근 1인 가구와 노인인구의 증가 등에 따라 돌봄 기능을 강화한 반려로봇이나  어플리케이션 등이 각광받고 있는데, 이 같은 전자‧기계장치와 사람의 감정교류를 위해서는 다양한 촉각 제스처를 감지하고 이해할 수 있는 감정촉각피부가 필요하다. 이에 최동수 교수가 개발한 감정촉각피부는 저렴한 가격과 투명하고 잘 늘어나는 특성을 바탕으로 사람과 적극적으로 교감하는 반려로봇의 기반기술로서, 웨어러블 장치, 로봇, 의수, 스마트폰 등 여러 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

올해 초 금오공대 컴퓨터공학과에 부임한 최동수 교수는 햅틱스(촉각 액추에이터 및 센서 연구)와 인간-컴퓨터의 상호작용, 몰입형 증강현실/가상현실 등에 대해 연구하고 있다.

이번 연구는 교육부와 한국연구재단의 대학중점연구소사업의 지원으로 수행됐으며 화학 공학 분야의 국제학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)’ 온라인판에 지난 3월 31일자로 게재됐다. 

* 그림 설명

  고투명, 고신축성 감정촉각피부와 다양한 촉각 제스처에 대한 측정 데이터

  개발한 감정촉각피부는 높은 광투과도(90% 이상)와 높은 신축성(450% 이상)을 가지고 있으며 64개의 센싱 셀로 이루어져 있다.
  센싱 물질과 전극 물질이 공유 결합을 통해 강력하게 부착되어 외부의 강한 기계적 자극에도 쉽게 파손되지 않는다.
  개발한 감정촉각피부는 쓰다듬기, 두드리기, 꼬집기, 비틀기 등 다양한 촉각 제스처를 측정할 수 있다.


* 관련 인터뷰 [영상 바로가기1][영상 바로가기2] - 아리랑TV의 BizTech Korea 채널_NO.83 (10:53~)


* 한국연구재단 인터뷰


□ 연구를 시작한 계기나 배경은?

로봇이 다양한 감정을 느낄 수 있게 하려면 어떻게 해야 할까를 고민 하다가 연구를 시작하게 되었습니다. 인간은 시각 정보, 청각 정보, 촉각 정보 등을 통해 감정을 전달 받습니다. 로봇도 유사한 정보들을 통해 감정을 느낄 수 있게 할 수 있을 것으로 생각했는데, 촉각을 통한 감정 상호작용이 중요성에 비해 많이 연구되지 않고 있고 촉각 관련 연구를 다수 진행한 경험이 있어 촉각을 통한 감정 상호작용에 초점을 맞추게 되었습니다. 


□ 연구 전개 과정에 대한 소개

먼저 기존 연구 사례를 조사하였습니다. 그리고 기존 연구에서의 장단점을 분석하였고, 기존 연구의 단점들을 어떻게 해결할 수 있을지에 대한 고민과 아이디어 도출 과정을 진행하였습니다. 이를 통해 투명하고 늘어날 수 있는 센싱 물질 (폴리염화비닐젤)을 선정하게 되었습니다. 선정한 센싱 물질에 간단하게 구리 전극을 부착하여 센싱 가능성을 확인하였습니다. 여기에 투명하고 늘어날 수 있는 전극을 어떻게 부착할 수 있을지에 대한 많은 고민과 여러 가지 시도를 진행하였고 수많은 시행착오 끝에 최종적인 연구 결과물로 도출할 수 있게 되었습니다.  


□ 연구하면서 어려웠던 점이나 장애요소는 무엇인지? 어떻게 극복(해결)하였는지?

가장 큰 문제는 센싱 물질 (폴리염화비닐젤)과 전극 물질 (하이드로젤)을 부착하는 문제가 가장 어려운 문제였던 것 같습니다. 투명성을 유지 (광투과도 90% 이상)하면서 기계적인 자극에도 쉽게 파괴되지 않도록 제작 (인장률 450% 이상)하는 것이 쉽지 않았습니다. 특히 센싱 물질로 사용된 폴리염화비닐 젤이 상용화된 대부분의 접착제와 잘 붙지 않았습니다. 시중에 유통되는 대부분의 접착제를 구하여 센싱 물질과 전극 물질 접착을 시도했던 것 같습니다. 상용화된 접착제는 접착도 잘 되지 않았을 뿐 아니라 투명성 유지가 되지 않거나 딱딱해지는 등의 문제가 발생했습니다. 관련 연구들을 조사하던 중 폴리염화비닐젤에는 한 번도 시도되지 않았던 기법을 적용하였고 수많은 시행착오를 통해 광투과도와 기계적 신축성을 유지하면서 센싱 물질과 전극 물질을 접착하는데 성공하였습니다.


이번 성과, 무엇이 다른가?

높은 투명도와 높은 신축성을 가진 감정 촉각 피부를 개발한 것 뿐 아니라 개발한 전자피부를 통해 쓰다듬는 행위, 톡톡 치는 행위, 어루만짐 뿐 아니라, 꼬집거나 비트는 느낌 등 사람이 손으로 하는 모든 촉각적인 감정교류의 가능성을 보인 첫 사례라고 판단됩니다. 특히 꼬집거나 비트는 촉각 표현을 센싱하기 위해서는 높은 내구성을 보여야 하는데, 개발한 감정 촉각 피부는 잘 늘어날 뿐 아니라 외부의 강한 자극(꼬집고, 비틀기)에도 잘 파괴되지 않습니다. 


□ 실용화된다면 어떻게 활용될 수 있나? 실용화를 위한 과제는?

로봇의 피부에 적용하여 사람과 촉각적인 감정을 공유할 수 있는 로봇 (휴머노이드, 애완로봇 등)을 만들 수 있을 뿐 아니라, 촉각적인 감정 표현을 센싱할 수 있는 의수, 늘어나는 스마트폰 (stretchable smart phone) 등에 적용할 수 있을 것으로 판단됩니다. 실용화를 위해서는 딥 러닝을 기반으로한 좀 더 정확한 감정 분류 시스템을 개발하여야하고, 감성 촉각 피부의 센싱 값 변화를 좀 더 민감하고 빠르게 측정할 수 있는 측정 회로 기술 개발이 동반되어야 합니다.


□ 꼭 이루고 싶은 목표나 후속 연구계획은? 

후속 연구로 재질 표면의 미세한 질감까지 측정할 수 있는 촉각 피부를 연구하고 싶습니다. 후속 연구로 진행되는 미세 질감 측정 촉각 피부도 투명하고 늘어날 수 있는 형태로 개발하여 다양한 분야에 응용할 수 있도록 연구할 계획입니다.


작성: 최동수 교수(금오공과대학교), 김상연 교수(한국기술교육대학교)