ETRI, 지능형 로봇 촉각 구현 전자피부 공정기술 개발

▲인시튜(In-situ) 공정 기반 전자피부 제작 기술을 개발한 ETRI 연구진(왼쪽부터 최중락 연구원, 김혜진 책임연구원). (사진=ETRI)

국내 연구진이 현장에서 바로 제작이 가능한 유연 전자피부 기술을 확보했다. 이번 성과로 로봇과 웨어러블 기기 등 다양한 분야에 적용할 수 있는 전자피부의 실용화 가능성이 한층 높아졌다.

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한국전자통신연구원(ETRI)은 고려대학교 세종캠퍼스 제어계측공학과 안준성 교수 연구팀과 공동으로 별도의 반도체 청정 공정 시설인 클린룸 없이도 넓은 면적의 멀티모달 센서를 제작할 수 있는 인시튜(In-situ) 공정 기반 전자피부(electronic skin) 제작 기술을 개발했다고 밝혔다.

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전자피부는 사람의 피부처럼 압력이나 접촉을 감지하는 얇고 유연한 센서로, 지능형 로봇의 정밀한 촉각 구현에 활용될 수 있는 핵심 기술이다.

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기존 유연 전자 센서는 마스크 공정(Photomask Process)과 진공 증착, 식각 등의 반도체 제조 공정을 거쳐야 했기 때문에 고가의 클린룸 설비가 필수적이어서 제작 과정이 복잡하고 비용이 많이 들었다. 또 공정 단계가 다수로 분리돼 있어 기판을 반복적으로 이송해야 했으며, 공정 관리 부담과 비용 측면에서 부담이 컸다. 이에 따라 대면적이나 곡면 구조에 적용할 때 공정 관리가 복잡해지는 한계가 있었다. 특히 사람과 유사한 형태의 휴머노이드 로봇처럼 넓은 표면에 촉각 센서를 부착하려면 공정 안정성과 신뢰성을 동시에 확보하는 데 어려움이 뒤따랐다.

▲ETRI 연구진이 인시튜(In-situ) 공정 기반으로 제작한 전자피부. (사진=ETRI)

연구진은 이러한 한계를 줄이기 위해 UV 레이저와 3D 프린터만으로 별도의 마스크 공정 없이 센서를 제작할 수 있는 마스크리스(Maskless) 인시튜 공정 기술을 고안했다. 이 기술은 별도의 포토마스크 없이 센서를 필요한 위치에서 바로 제작할 수 있도록 설계됐다.

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이를 통해 미세다공성 유전체 기반 대면적 정전용량식 유연 촉각 센서 어레이를 단시간에 높은 재현성으로 구현했으며, 공정 단계를 획기적으로 단순화해 제작 효율을 높였다. 또한 고가의 클린룸 설비 의존도를 크게 낮추면서 응용 맞춤형 제작 확장성과 생산성을 동시에 확보했다.

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이 기술은 제작 공정의 부담을 줄이면서 지능형 로봇 촉각 시스템, 인간-기계 인터페이스(HMI), 웨어러블 기기 등 다양한 인터랙티브 시스템에 적용 가능한 제작 환경을 구현했다는 점에서 주목받고 있다.

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공정을 별도로 분리하거나 이송하지 않고 하나의 연속된 과정으로 제자리에서 센서를 제작할 수 있으며, 곡면이나 굴곡이 있는 복잡한 형상의 대상에도 자유롭게 적용이 가능해 설계 유연성이 높다. 또한 제작 비용 절감과 래피드 프로토타이핑(Rapid Prototyping)을 동시에 지원함으로써 로봇, IoT 디바이스, 헬스케어 분야 등 다양한 응용 환경에 신속하게 대응할 수 있다.

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ETRI는 센서 소자 수준을 넘어 시스템 레벨까지 구현해 실제 로봇과 인간-기계 인터페이스 환경에서의 활용 가능성을 실증했다. 이를 통해 차세대 지능형 로봇 촉각 시스템과 인터랙티브 전자 피부 기술의 실용화 기반을 마련했다는 평가를 받고 있다.

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이번 연구 성과는 유연 전자 소자 분야의 세계적 학술지인 네이처 파트너 저널 플렉서블 일렉트로닉스(npj Flexible Electronics, IF 15.5)에 게재되며 기술적 우수성을 인정받았다.

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ETRI 김혜진 책임연구원은 “이번 인시튜 공정 기반 전자피부 기술은 대면적 유연 센서 제작의 진입 장벽을 크게 낮추는 동시에 로봇과 인간 간 상호작용 기술 구현 가능성을 한 단계 발전시키는 핵심 기술이다. 향후 지능형 로봇, 웨어러블 디바이스, 인터랙티브 시스템 전반으로의 적용이 기대된다”고 밝혔다.

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이번 연구는 산업통상부와 한국산업기술기획평가원(KEIT)의 지원 과제(K-Sensor 기술개발사업)와 ETRI 기본사업, 고려대학교 지원을 통해 수행됐다.

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최지호 기자 jhochoi51@irobotnews.com

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