英브리스톨대, 사람처럼 촉각갖는 3D프린팅 로봇 손끝 개발

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▲새끼 손가락에 3D 프린터로 인쇄된 촉각 손가락 끝을 가진 로봇 손. 손끝까지 이어지는 흰색의 단단한 뒷면은 3D 프린팅된 유연한 검은색 피부로 덮여 있다. (사진=네이선 레포라 교수)

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기계는 세계 최고의 체스 선수를 이길 수 있지만, 그들은 아기들만큼 체스 조각을 다룰 수는 없다. 로봇의 손재주가 이처럼 부족한 이유는 부분적으로는 인공 집게(그리퍼)가 우리가 물건을 집고 다룰 때 미세한 촉각을 갖고 있지 않기 때문이다. 로봇에겐 인간의 손 끝에 있는 손을 안내하는 데 사용되는 바로 그 촉각이 없다.

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로봇의 촉각 문제를 연구해 온 영국 브리스톨대 연구진이 사람처럼 촉각을 갖는 3D프린팅 로봇 손끝을 개발했다고 테크익스플로어가 지난 5일(현지시각) 보도했다. 이 촉각 데이터를 사람의 신경 데이터와 비교해 본 결과 놀랍도록 유사했다는 연구 결과도 함께 공개됐다.

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로열 소사이어티 인터페이스 저널(Journal of the Royal Society Interface)에 발표된 두 논문은 이 놀라운 인공 손끝과 인간 촉각에 대한 신경 기록을 최초로 심층 비교한 연구 결과를 담고 있다.

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이 연구를 주도한 사람은 브리스톨대 로봇연구소에 기반을 둔 브리스톨 공학 수학과의 네이선 레포라 로봇및인공지능(AI) 담당 교수다.

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그는 “우리의 연구 작업은 인간 피부의 복잡한 내부 구조가 어떻게 인간의 촉각을 만들어 내는지 밝혀내는 데 도움을 준다. 이것은 소프트 로봇 공학 분야에서 흥미로운 발전이다. 촉각 피부를 3D 프린팅할 수 있다는 것은 로봇들에 촉각을 내장시켜 줌으로써 더 손재주가 좋은 로봇을 만들거나 의수의 성능을 크게 향상시킬 수 있게 한다”고 말했다.

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▲3D로 인쇄된 촉각 피부의 절단 부분. 흰색 플라스틱은 유연한 검은색 고무 피부를 위한 견고한 덮개다. 두 부품 모두 첨단 3D 프린터로 함께 제작된다. 피부 안쪽에 있는 ‘핀’은 사람의 피부 안에 형성된 피부 돌기를 복제했다. (사진=네이선 레포라교수)

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레포라 교수 팀은 순응성 피부 아래에 핀과 같은 돌기로 된 3D 프린팅 망사를 사용해 인공 손끝의 촉각을 만들었다. 이는 인간의 촉각 피부 외피층과 내피층 사이에서 발견되는 피부 돌기를 모방해 만든 것이었다.

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연구진은 이 돌기들을 생물학에서 발견되는 것과 같은 복잡한 구조로 만들기 위해 부드럽고 단단한 물질을 혼합할 수 있는 첨단 3D 프린터로 만들었다.

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레포라 교수는 “우리는 3D로 인쇄된 촉각 손끝이 실제 촉각 뉴런의 기록같은 인공신경 신호를 생성할 수 있다는 것을 발견했다”고 말했다.

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인간의 촉각 신경은 접촉시 압력과 모양을 신호로 전달할 수 있는 ‘기계 수용체’라고 불리는 다양한 신경 말단으로부터 신호를 전달한다.

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필립스와 존슨은 1981년 고전적 연구에서 ‘촉각 공간 분해능’을 연구하기 위해 심리학자들이 사용하는 표준 융기 형태의 세트로 이 신경들을 전기로 기록하는 방법을 처음으로 구상했다.

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레포라 교수는 “우리는 연구에서 3D로 인쇄된 인공 손끝이 그런 융기된 형태를 느낄 때 시험했고 이것이 신경 데이터와 놀라울 정도로 가깝게 일치한다는 것을 발견했다”고 말했다. 그는 “내가 가장 흥분했던 순간은 3D 프린터로 인쇄된 손끝에서 인공신경 기록을 봤을 때, 그리고 그것이 40년 전의 실제 기록처럼 보였을 때다”라고 말했다.

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그는 “이러한 기록들은 손가락 가장자리와 융기된 곳의 골과 튀어나온 곳으로 인해 매우 복잡하며, 우리는 인공 촉각 데이터에서 같은 패턴을 보았다”고 덧붙였다.

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연구팀은 이 연구에서 인공 손끝과 인간의 신경 신호 사이에 현저하게 가까운 일치를 발견했지만, 세세한 부분에 대해서는 그렇게 민감하지 않았다. 레포라 교수는 이것이 3D로 인쇄된 피부가 실제 피부보다 두껍기 때문이라고 봤고, 그의 팀은 현재 3D프린터로 어떻게 하면 인간 피부 구조를 미세한 규모로 인쇄할 수 있을지에 대해 연구하고 있다.

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레포라 교수는 “우리의 목표는 실제 피부보다 인공 피부를 실제보다 더 좋게, 또는 그보다 훨씬 더 좋게 만드는 것이다”라고 말했다.

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이성원 sungwonly09@gmail.com

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