KAIST, 인간 신경신호 모사한 ‘인공 감각 시스템’ 개발

박성준 교수팀, 고려대· 한양대와 공동연구, 인간 촉각 인지 메커니즘 모방
가상현실, 메타버스, 인공피부 등 촉각 구현분야에 활용 기대
국제학술지에 연구결과 게재

KAIST는 바이오및뇌공학과 박성준 교수 연구팀이 고려대학교 천성우·한양대학교 김종석 박사 연구팀과 함께 인간의 피부-신경 모사형 ‘인공 감각 인터페이스 시스템’을 개발했다고 12일 밝혔다.

연구팀은 사람의 다양한 촉각 수용기와 유사한 인공 감각 시스템 구현을 위해 나노입자 기반의 복합 촉각센서를 제작하고 이를 실제 신경패턴에 기반한 신호변환 시스템과 연결했다.

이를 통해 연구팀은 인간의 촉각 인식프로세스를 최대로 모방할 수 있는 인공 감각 인터페이스 시스템을 구현하는데 성공했다.

연구팀은 먼저 압전재료 및 압전 저항성재료를 조합해 전자피부를 제작했다. 나노입자를 활용한 이 전자피부 센서는 피부 내의 압력을 감지하는 늦은 순응 기계적 수용기(SA mechanoreceptor)와 진동을 감지하는 빠른 순응 기계적 수용기(FA mechanoreceptor)를 동시에 모사할 수 있다.

해당 센서를 통해 생성된 전위는 연구팀이 만든 회로 시스템을 통해 실제 감각신호와 같은 형태의 패턴으로 변환된다.

연구팀은 이때 생체 내 상황을 최대한 모사키 위해 실제 감각신경을 추출, 다양한 감각신호를 측정해 함수화했다.

또 연구팀은 해당 시스템을 동물 모델에 적용, 인공 감각 시스템에서 발생한 신호가 생체 내에서 왜곡없이 전달되며 근육 반사작용 등 생체 감각 관련 현상들을 구현할 수 있음을 확인했다.

이어 연구팀은 지문구조로 만든 감각 시스템을 20여 종의 직물과 접촉시켜 딥 러닝 기법을 통해 직물의 질감을 99% 이상 분류할 수 있고 학습된 신호를 기반으로 인간과 동일하게 예측할 수 있도록 했다.

가상·증강 현실, 메타버스, 인공피부, 의수·의족 등 촉각 구현이 필요한 분야에 활용이 기대되며 연구결과는 국제 학술지 ‘네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)’에 지난달 3일자로 게재됐다.(논문명: Artificial Neural Tactile Sensing System)

박성준 교수는 “이번 연구는 실제 신경신호의 패턴학습을 바탕으로 한 인간 모사형 감각 시스템을 세계 최초로 구현했다는 데 의의가 있다”며 “연구에 사용된 생체신호 모사 기법이 인체 내 다양한 종류의 타 감각 시스템과 결합될 경우 더욱 큰 시너지를 낼 수 있을 것”이라고 말했다.

[대전=뉴시스]