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[2024 ETRI Technology Report 2] 로봇이 촉감으로 토마토 신선도 알아챈다 – 김혜진 지능형부품센서연구실 책임연구원

최근 로봇 기술의 발전과 함께 센서의 형태나 기능적 제약을 극복하려는 시도가 활발히 이루어지고 있습니다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 초소형이면서도 유연하고 신축성 있는 센서 플랫폼을 기반으로, 여러 센서를 하나로 융합하고 인공지능 기능을 더한 지능형 센서 기술을 개발 중입니다. 특히 유연 멀티모달 촉각 센서가 적용된 로봇 그리퍼는 물체의 크기와 형상뿐만 아니라 강성 정보까지 실시간으로 읽어낼 수 있습니다. 이를 통해 로봇은 물체의 상태를 정확하게 인지하고, 효과적으로 힘을 제어하며 정교한 동작을 수행할 수 있습니다. 기존의 로봇 그리퍼는 주로 비전 시스템에 의존하여 물체를 인식했기 때문에, 물체의 물리적 특성을 고려하지 못한 채 일정한 힘으로만 작업하는 한계가 있었습니다. 하지만 반도체 공정과 호환되는 신축 센서 플랫폼을 적용하면 물체의 강성에 맞춰 최적의 힘을 조절할 수 있어 훨씬 자연스러운 동작이 가능해집니다. 이는 한 번도 접해보지 못한 물체나 형상이 쉽게 변하는 물체까지도 안전하게 다룰 수 있게 하며, 인간과 공존하는 휴머노이드 로봇 시대를 앞당기는 핵심적인 기술적 토대가 됩니다. 연구의 방향은 단순히 촉각을 전달하는 수준을 넘어 온습도, 관성, 거리 센서 등 다종의 감각을 하나의 플랫폼에 집적하여 인간과 유사한 감각 체계를 구현하는 것으로 향하고 있습니다. 현재 확보된 고감도 센서 기술은 로봇 핸드 전문 기업으로의 기술 이전을 통해 상용화가 진행 중이며, 이동형 로봇이나 헬스케어 디바이스, 물류 유통 등 다양한 산업 분야로의 확장을 준비하고 있습니다. 이러한 지능형 센서 플랫폼은 로봇이 도구를 활용해 복잡한 작업을 수행하는 진정한 동반자로 거듭나게 할 것입니다.

[2024 ETRI Technology Report 2] 로봇이 촉감으로 토마토 신선도 알아챈다 – 김혜진 지능형부품센서연구실 책임연구원
한국전자통신연구원ETRI 테크놀로지 리포트
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  • 공학·기술

[2024 ETRI Technology Report 2]

현대 로봇 기술에서 센서의 형상과 기능적 제약을 극복하는 것은 매우 중요한 과제입니다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 이러한 한계를 넘기 위해 초소형이면서도 유연성과 신축성을 동시에 갖춘 센서 플랫폼 기술을 개발하고 있습니다. 이 기술은 여러 종류의 센서를 하나의 플랫폼에 융복합하여 센서의 지능을 고도화하는 핵심적인 역할을 합니다. 특히 연구소 내의 전용 인프라를 활용해 반도체 공정과 호환되는 공정 기술을 확보함으로써, 높은 민감도와 신뢰성을 가진 센서를 자유로운 형태로 제작할 수 있게 되었습니다. 또한, 다종의 센서로부터 수집된 데이터를 분석하여 사물의 상태를 정확히 판단할 수 있는 지능형 알고리즘을 함께 결합함으로써 센서 자체에 지적 능력을 부여하고 있습니다. 지능형 로봇 그리퍼는 이러한 센서 기술을 활용하여 사물의 크기, 형상, 그리고 강성 정보를 실시간으로 인지합니다. 기존의 로봇들은 주로 비전 시스템에 의존했기 때문에 사물의 상태를 정확히 파악하지 못하고 일정한 힘으로만 물체를 잡는 한계가 있었습니다. 하지만 유연 멀티모달 촉각 센서를 적용하면 처음 접하는 물체나 형태가 쉽게 변하는 물체라도 적절한 힘을 조절하여 안정적으로 쥐는 것이 가능해집니다. 이는 로봇이 단순히 물건을 옮기는 수준을 넘어, 사람처럼 도구를 이용해 복잡한 작업을 수행할 수 있는 지능을 부여합니다. 이를 통해 로봇은 훨씬 더 정교하고 자연스러운 동작을 구현하며 인간의 작업을 보조하는 파트너로 거듭나고 있습니다. 연구진은 현재 손가락이나 손바닥 일부에 적용된 센서 범위를 넓혀 로봇 전체를 로봇 인공 피부로 덮는 연구를 진행하고 있습니다. 이를 위해 촉각뿐만 아니라 온습도, 관성, 거리 센서 등을 집적화하여 사람의 피부와 유사한 기능을 갖춘 로봇을 만드는 것이 최종 목표입니다. 이미 개발된 높은 민감도의 센서 기술은 로봇 핸드와 의수 전문 기업들에 기술 이전이 활발히 진행되고 있으며, 향후 헬스케어 디바이스나 지능형 물류 시스템 등 다양한 산업 전반에 걸쳐 혁신적인 변화를 이끌어낼 것으로 기대됩니다. 지능형 센서를 활용할 수 있는 산업 생태계 전반에 도움이 되도록 연구를 지속함으로써 로봇과 인간이 공존하는 미래를 앞당기고자 합니다.

[2024 ETRI Technology Report 2]
한국전자통신연구원ETRI 테크놀로지 리포트
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[2023 ETRI Technology Report 2] 피부부착형 센서 액츄에이터 기술_진한빛 박사

현대 과학기술은 영상과 소리를 넘어 촉감까지 실시간으로 공유하는 시대로 나아가고 있습니다. 한국전자통신연구원에서 개발한 피부 부착형 텔레햅틱 기술은 원격으로 촉감을 전송하는 혁신적인 솔루션입니다. 이는 마치 영상통화를 하듯이 먼 거리에 있는 사람과 질감이나 압력을 주고받을 수 있게 해줍니다. 특히 유연하고 부드러운 전자 소재를 활용하여 피부에 이질감 없이 밀착되는 것이 특징이며, 이를 통해 미국과 한국처럼 물리적으로 단절된 공간 사이에서도 생생한 접촉의 경험을 가능하게 합니다. 이 기술의 핵심은 압력을 전기로 바꾸는 압전 효과와 전기를 압력으로 변환하는 역압전 효과를 동시에 활용하는 소자에 있습니다. 연구진은 이러한 가역적 반응을 이용해 사물을 만질 때 발생하는 압력을 전기 신호로 센싱하고, 이를 다시 물리적인 압력으로 재현해 냅니다. 압전 기반의 방식은 반응 속도가 매우 빠르기 때문에 촉각의 미세한 변화를 실시간으로 재현하는 데 최적화되어 있으며, 신호 전달 과정의 효율성을 극대화하여 실제 촉감과의 시차를 최소화합니다. 소자의 두께를 4마이크로미터 수준으로 극소화하여 비닐처럼 가볍고 유연한 형태를 구현한 성과도 주목할 만합니다. 얇은 플라스틱 기판 위에 센서와 액추에이터를 집적함으로써 피부에 부착했을 때 이물감이 거의 느껴지지 않는 탁월한 착용감을 선사합니다. 이는 기존 촉각 소자가 가졌던 부피와 무게의 한계를 극복한 것으로, 향후 얇은 장갑을 끼듯 자연스럽게 피부에 밀착되는 장치 개발의 가능성을 열어주며 가상현실이나 원격 의료 분야에서 사용자의 몰입감을 극적으로 높여줄 것입니다. 현재 웨어러블 기기 시장은 스마트워치를 중심으로 형성되어 있으나, 착용의 불편함으로 인해 손목이라는 특정 부위를 벗어나지 못하는 한계가 있습니다. 연구진은 신축성 전자 소재 기술을 통해 이러한 병목 현상을 해결하고자 합니다. 단순히 기기를 몸에 두르는 수준을 넘어 티셔츠나 바지처럼 일상적인 의복의 소재 자체가 센서가 되는 미래를 구상하고 있습니다. 얼굴이나 몸 등 다양한 부위에 자연스럽게 부착되는 소자 기술은 웨어러블 기기가 진정한 의미의 ‘입는 컴퓨터’로 진화하는 데 결정적인 역할을 할 것입니다. 텔레햅틱 기술은 단순한 편의를 넘어 다양한 사회적 문제 해결의 단초를 제공할 수 있는 가치를 지닙니다. 코로나19 팬데믹을 거치며 확인된 원격 소통의 효율성은 앞으로 더욱 고도화될 것이며, 직접 이동하지 않고도 현장과 동일한 효용을 얻을 수 있는 기술은 자원 고갈이나 인구 감소 문제에 직면한 미래 사회의 지속 가능성을 높여줍니다. 기술을 통해 시공간의 제약을 허물고 많은 사람에게 실질적인 도움을 주려는 연구자들의 헌신은 우리 일상의 질을 한 단계 더 높여줄 것으로 기대됩니다.

[2023 ETRI Technology Report 2] 피부부착형 센서 액츄에이터 기술_진한빛 박사
한국전자통신연구원ETRI 테크놀로지 리포트
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[2021 ETRI Technology Report(ENG) ③] One step closer to home service robot

현대 사회에서 메타버스는 시공간의 제약을 넘어 일상과 경제를 잇는 새로운 무대가 되었습니다. 지금까지의 가상 현실이 눈과 귀를 즐겁게 하는 데 집중했다면, 앞으로는 실제 사물을 만지는 듯한 생생한 경험이 더욱 중요해집니다. 이를 위해 개발되는 기술이 바로 텔레햅틱입니다. 이는 물리적 거리에 상관없이 센서와 액추에이터를 통해 촉각 신호를 실시간으로 주고받는 기술을 의미합니다. 사용자는 이 혁신적인 기술을 통해 가상 공간에서도 마치 실제 세상을 마주하는 것과 같은 몰입감을 느낄 수 있으며, 이는 보다 고도화된 상호작용의 시대를 열어주는 토대가 될 것입니다. 이 기술은 의료와 교육, 쇼핑 등 우리 삶의 다양한 영역에서 혁명적인 변화를 예고하고 있습니다. 원격 진료 시 의사가 환자의 상태를 촉각으로 확인하거나, 학생들이 가상 현장 학습에서 유물의 질감을 직접 느껴보는 일이 가능해집니다. 또한 매장에 직접 가지 않아도 옷의 부드러움이나 가전제품의 소재를 체험할 수 있는 환경이 조성될 것입니다. 이처럼 텔레햅틱은 단순한 데이터 전송을 넘어, 감각의 공유를 통해 디지털 경험의 깊이를 더하고 산업의 패러다임을 바꾸는 중요한 역할을 수행하게 될 것으로 기대됩니다. 하지만 사람의 피부가 느끼는 복합적인 감각을 재현하는 것은 기술적으로 매우 까다로운 과제입니다. 누르고 문지르는 촉감뿐만 아니라 온도의 변화까지 동시다발적으로 발생하는 신호를 실시간으로 분석하고 전송해야 하기 때문입니다. 연구진은 인공지능을 도입해 이러한 복잡한 신호 체계를 학습하고 패턴을 생성하는 연구를 지속하고 있습니다. 머지않아 지구 반대편에 있는 동물의 털을 만지는 것과 같은 섬세한 서비스도 현실이 될 것입니다. 모든 개체와 촉감으로 소통하는 플랫폼의 고도화는 인류의 감각적 교감을 한 단계 높은 차원으로 이끌어낼 것입니다.

[2021 ETRI Technology Report(ENG) ③] One step closer to home service robot
한국전자통신연구원ETRI 테크놀로지 리포트
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[2021 ETRI Technology Report ③] 촉감으로 소통의 길을 열다, 멀리서도 촉각을 느낄 수 있는 꿈의 기술

가상 공간 기술의 비약적인 발전으로 메타버스는 우리의 일상과 사회적 활동이 이루어지는 새로운 생활권으로 진화하고 있습니다. 한국전자통신연구원(ETRI) 지능형 센서 연구실은 이러한 흐름에 발맞추어 압전 소재를 기반으로 한 센서와 액추에이터를 개발하며, 원격으로 촉감을 전달하는 텔레햅틱 기술에 집중하고 있습니다. 텔레햅틱은 센서가 포착한 촉각 신호를 멀리 떨어진 사용자에게 실시간으로 전송하여 질감을 공유하게 해주는 기술입니다. 시청각 정보에만 의존하던 기존 가상 세계를 넘어 현실과 같은 몰입감을 제공하기 위해서는 촉각 중심의 정교한 상호작용 기술 확보가 무엇보다 중요해지고 있습니다. 텔레햅틱 기술은 의료, 교육, 쇼핑 등 산업 전반에 걸쳐 혁신적인 변화를 이끌 것입니다. 원격 진료와 재활 치료는 물론, 가상 현장 체험을 통한 몰입형 교육 서비스가 가능해질 전망입니다. 특히 소비자가 매장을 직접 방문하지 않고도 제품의 질감을 체험할 수 있는 가상 쇼핑 서비스는 유통 시장의 패러다임을 바꿀 것으로 보입니다. 또한 가상 콘서트장이나 미술관 같은 문화 공간에서도 시각적 즐거움을 넘어 작품의 촉감이나 현장의 진동까지 생생하게 전달받을 수 있게 됩니다. 이를 통해 사용자는 물리적 거리의 제약 없이 다채로운 문화 체육 생활을 가상 공간에서 온전히 향유하게 될 것입니다. 우리 피부가 느끼는 촉감은 누르기, 꼬집기, 문지르기부터 온도 변화에 이르기까지 매우 복잡한 신호들이 동시다발적으로 발생하는 영역입니다. 이러한 복합적인 촉감 정보를 실시간으로 분석하고 재현하는 일은 기술적으로 매우 난이도가 높습니다. 연구진은 이를 해결하기 위해 인공지능 학습을 도입하여 방대한 데이터를 빠르게 처리하고 정교한 촉감 패턴을 생성하는 연구를 수행하고 있습니다. 나아가 사람 간의 교감을 넘어 동물이나 로봇 등 주변의 모든 개체와 촉감으로 소통할 수 있는 플랫폼을 구축함으로써, 시공간을 초월해 감각을 공유하는 진정한 초연결 사회의 실현을 앞당기고자 합니다.

[2021 ETRI Technology Report ③] 촉감으로 소통의 길을 열다, 멀리서도 촉각을 느낄 수 있는 꿈의 기술
한국전자통신연구원ETRI 테크놀로지 리포트
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