우리는 손가락으로 물체를 문지르거나 접촉할 때 돌기 모양의 지문에 가해지는 압력과 진동을 통해 촉감을 느낀다. 인간처럼 촉감을 구별할 수 있는 로봇이나 인공 피부를 실현하기 위해서는 압력과 진동 모두에 민감하게 반응하는 인공 지문 센서를 개발하는 것이 중요했다.
POSTECH(포항공대, 총장 김도연) 신소재공학과 김종규 교수·통합과정 최일용 씨 연구팀은 한양대 전자컴퓨터통신공학과 박완준 교수·박사과정 천성우씨 연구팀과의 공동연구를 통해 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide) 나노스프링을 이용해 인간처럼 민감하고 정확하게 촉각 감응을 구현하는 센서를 개발했다. 이 연구는 신소재 분야 세계적 학술지인 어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials) 뒷면 속표지에 소개됐다.
연구팀은 인간이 지문 또는 피부를 통해 촉감을 느끼는 방식에 착안하여 미세한 압력과 진동을 동시에 감지 할 수 있는 압력 소자를 만들기 위한 연구를 수행했다. 지금까지 압력을 감지하는 소재로 주로 사용되었던 고분자 물질은 진동에 민감하게 반응하지 못해 물체의 미세한 질감 정보를 전달하는데 한계가 있었다.
연구팀은 전도성 무기물질인 인듐 주석 산화물을 나노스프링의 형태로 제작해 기존 고분자 센싱 물질의 한계를 극복하고 압력과 진동을 민감하게 감지하는 센서를 개발했다. 또한, 경사각증착법으로 손쉽게 제작된 나노스프링 집합체는 탄성이 우수해 지속적인 압력에도 잘 견디고 유연한 기판위에 형성시킬 수 있어서 유연성과 신뢰성이 동시에 확보된 센서를 구현할 수 있었다.
연구팀은 이렇게 만들어진 인듐 주석 산화물 나노스프링 기반의 압력 센서 밑에 인공 지문 패턴을 결합시킴으로, 접촉하는 물체의 질감 정보를 효율적으로 감지할 수 있는 인공 지문을 구현했다. 이 인공 지문 센서에 복잡한 패턴의 섬유를 문지른 후 머신러닝 기법으로 데이터를 분석 한 결과 8개의 서로 다른 섬유를 99.8%의 정확도로 구분해 내는데 성공했다.
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