KAIST, 신경신호 모사해 인공 감각 시스템 개발

[이데일리 강민구 기자] 한국과학기술원(KAIST)은 박성준 바이오뇌공학과 교수 연구팀이 천성우 고려대 교수, 김종석 한양대 박사 공동 연구팀과 ‘인간 피부·신경 모사형 인공 감각 인터페이스 시스템’을 개발했다고 12일 밝혔다.

인공 감각 시스템은 구현해야 할 원리와 시스템이 복잡해 실제 감각기관처럼 만들기 어려웠다. 사람은 다양한 유형의 촉각 수용기를 통해 압력, 진동 등의 정보를 합쳐 촉각을 감지하기 때문이다.

연구팀은 나노입자 기반의 복합 촉각 센서를 제작하고, 이를 실제 신경 패턴에 기반한 신호 변환 시스템과 연결하는 방법을 사용했다. 이를 통해 인간의 촉각 인식 프로세스를 최대로 모방한 인공 감각 인터페이스 시스템을 만들었다.

‘인간 피부·신경 모사형 인공 감각 인터페이스 시스템’을 개발한 연구자들.(왼쪽부터)박성준 KAIST 바이오뇌공학과 교수, 천성우 고려대 교수, 김종석 한양대 박사.(사진=KAIST)

연구팀은 우선 압전재료와 압전 저항성 재료 조합으로 이뤄진 전자 피부를 제작했다. 센서에는 나노입자를 조합해 피부속 압력을 감지하는 늦은 순응 기계적 수용기와 진동을 감지하는 빠른 순응 기계적 수용기를 함께 모사했다. 센서에서 생성된 전위는 연구팀이 만든 회로 시스템을 통해 실제 감각 신호와 같은 형태의 패턴으로 변환된다. 몸속 상황을 최대한 모사하기 위해 실제 감각신경을 추출하고, 감각에 의한 신호를 측정해 함수화하는 방법을 적용했다.

시스템을 실험동물에 적용하자 신호가 몸속에서 왜곡 없이 전달되고, 근육 반사 작용 등 생체 감각 관련 현상들을 구현할 수 있는 것으로 나타났다. 또 딥러닝 기법을 적용해 20여 종의 직물에서 직물의 질감을 99% 이상 분류해냈다.

박성준 교수는 “실제 신경 신호의 패턴 학습을 바탕으로 한 인간 모사형 감각 시스템을 구현했다”며 “앞으로 현실적인 감각을 구현하고, 연구에 사용된 생체신호 모사 기법을 사람몸 속 다양한 종류의 감각 시스템과 결합해 시너지를 낼 수 있다”고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)’에 지난 달 3일자로 출판됐다.