충청뉴스)메타버스/VR/AR의 핵심기술인 인공촉각 전달 전자시스템 개발
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작성자 관리자
조회 726회 작성일 21-10-05 16:43
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고려대학교 세종캠퍼스(부총장 김영) 천성우(전자및정보공학과) 교수 연구팀은 카이스트, 한양대학교, 오송첨단산업진흥재단 연구팀과 공동으로 ‘인간의 촉각 인지 시스템을 모방한 인공 촉각 전달 전자 시스템’을 개발해내는데 성공했다.
(좌측부터) 고려대학교 전자및정보공학과 천성우 조교수, 한양대학교 전자컴퓨터통신공학과 김종석 박사, 카이스트 바이오 및 뇌공학과 박성준 교수
이번 연구 결과는 국제 학술지 네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)지에 “An Artificial Neural Tactile Sensing System” 제목으로 게재되었다.(Nature Electronics: 전자 분야 상위 1% 저널)
접촉된 사물(또는 표면)의 촉감을 전달하는 촉각 전달 전자 시스템의 개발은 VR/AR, 메타버스, 인공피부, 의수/의족, 아바타, 원격 수술 및 회의 등을 구현하는 핵심기술로 알려져 있지만, 그간 인지 메커니즘의 불규명과 모방의 복잡성으로 인해 실제 인간이 느끼는 수준의 촉감을 구현하는 것은 매우 어려웠다.
실제 촉각을 검지하는 촉각수용체는 신체 대부분에 개인마다 다르게 분포하며, 다른 감각들과 달리 7개의 수용체에 의해 발현되어 인공촉각시스템을 구현하는 것은 더욱 어려운 상황이다. 전 세계적으로 민감한 인공피부 센서를 개발하는 연구는 활발하게 이루어지고 있지만, 실제 인간이 느끼는 촉각인지시스템에 관한 연구 역시 미비한 상태다.
공동연구팀은 이러한 문제점을 극복하기 위해 실제 인간의 촉각수용체들을 모방하여 압력과 진동을 선택적으로 민감하게 검지하는 촉각센서를 나노입자들의 특성을 활용해 구현해냈다. 검지된 압력과 진동 신호를 생체의 자극 반응을 기반으로 수학적으로 모델링하여 생체 신호로 변환하는 전자회로를 통해 만든 것이다.
변환된 생체 촉각 신호는 동물 모델에 적용한 결과 촉각정보를 포함한 전위가 신경에서 왜곡없이 전달됐으며, 근육 반사 작용 등 생체 감각 관련 현상들을 구현할 수 있음을 확인할 수 있었다.
연구팀은 이러한 인공 촉각 시스템에서 생성된 촉각정보는 딥러닝을 통한 인간의 촉각 인지 능력을 능가하는 99%의 정확도로 촉감을 분류하는 것을 물론, 기존 학습된 촉각 신호를 기반으로 인간이 예측한 것과 동일하게 예측한다고 설명했다.
이번 연구 결과가 실생활에 적용된다면 가상회의 공간에서 실제 대면 회의를 하는 것은 물론, 가상공간을 통한 여행과 스포츠 경기를 관람 등 실제 느끼는 것과 동일한 효과를 낼 수 있을 것으로 보고 있다.
특히, 의료분야에서 손과 다리 장애를 입은 사람들에게 실제 나의 신체와 이질감 없는 인공손, 인공다리의 착용이 가능하고, 피부 손상을 입은 사람들에겐 인공 피부를 적용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
그림. 인간 피부-신경 모사형 인공 감각 촉각 전자 시스템
이번 연구를 주도한 전자및정보공학과 천성우 교수는 “이번 연구는 촉각정보의 수집, 변환, 전달, 인지까지 전체 촉각 인지시스템을 구현했다는 것에 과학적, 공학적으로 매우 큰 의미가 있다”라며 “생체의 실제 촉각신호를 모델링하여 전달하는 시스템은 세계 최초로 시도된 것으로 보다 현실감 있는 인공촉감구현이 가능하다”라고 설명했다.
이어 “심도있는 연구를 통해 본 기술의 완성도를 높이고 현실감 높은 가상현실을 구현할 수 있도록 노력하겠다”라고 포부를 내비쳤다.
한편, 본 연구는 고려대 천성우 교수(1저자, 교신저자), 한양대 김종석 박사(1저자), 카이스트 박성준 교수(교신저자)가 주도했으며, 한양대, 성균관대, 카이스트, 오송첨단산업진흥재단이 참여하였다.
출처 : 충청뉴스(http://www.ccnnews.co.kr)
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고려대 세종캠퍼스 천성우 교수팀, ‘네이처 일렉트로닉스’에 논문 게재.pdf (874.5K)
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