환자들이 땀 흘려도 오래 쓰게 해주는 로봇 센서 개발

[이데일리 강민구 기자] 노인, 뇌졸중 환자, 외상 환자들의 재활치료에 쓰는 웨어러블 로봇을 착용자의 땀, 각질에도 문제없이 장기간 쓸 수 있게 될 전망이다.

김정 교수(왼쪽)와 정재웅 교수(오른쪽).(사진=KAIST)

한국과학기술원(KAIST)은 정재웅 전기전자공학부 교수와 김정 기계공학과 교수 연구팀이 피부 상태에 영향을 받지 않는 고품질 전기 생리 신호 측정이 가능한 신축·접착성 마이크로니들 센서를 개발했다고 23일 밝혔다.

다양한 재활치료에 활용되는 웨어러블 로봇이 사람의 움직임 의도를 인식하려면 몸에서 발생하는 근전도를 정확하게 측정하는 웨어러블 전기 생리 센서가 필요하다.

신축 접착성 마이크로니들 센서.(자료=KAIST)

기존 센서들은 시간에 따라 신호 품질이 떨어지거나, 피부의 털, 각질, 땀의 영향을 받는다. 피부보다 단단한 물성으로 움직일때 피부 변형을 따라갈 수 없어 노이즈(신호 잡음)를 발생시킬 수 있다. 이러한 단점들은 장시간 신뢰성 높은 웨어러블 로봇 제어를 어렵게 했다.

이번에 개발된 기술은 잘 늘어나며 접착성이 있는 전도성 기판에 피부 각질층을 통과할 수 있는 마이크로니들 어레이를 집적해 불편함 없이 장기간 고품질의 근전도 측정을 할 수 있게 돕는다.

특히 땀, 각질을 제거하는 피부 준비 작업을 거치지 않아도 시간에 따른 착용자의 피부 상태 변화에 상관없이 웨어러블 로봇을 안정적으로 제어하는데 쓸 수 있다.

연구팀은 부드러운 실리콘 중합체 기판을 활용해 마이크로니들을 집적해 신축·접착성 마이크로니들 센서를 제작했다. 단단한 마이크로니들이 높은 저항을 가진 피부의 각질층을 투과해 피부 접촉 저항을 낮춰 털, 각질, 땀, 이물질로 피부가 오염돼도 고품질 전기 생리 신호를 얻었다.

동시에 부드러운 전도성 접착 기판이 사람 움직임으로 인한 피부 늘어남에 순응해 편안한 착용감을 제공하고 움직임으로 인한 동작 잡음을 최소화했다.

웨어러블 로봇을 이용한 동작 보조 실험을 한 결과, 다리에 부착된 신축·접착성 마이크로니들 센서 패치가 근육에서 발생하는 전기신호를 감지하고 동작 의도를 웨어러블 로봇에 전송해 사람이 무거운 짐을 쉽게 들어올렸다.

마이크로니들 센서 패치를 사용했을 때 피부 상태, 신체 움직임 크기나 종류와 상관없이 안정적인 근전도 센싱에 기반한 동작 의도 인식을 통해 웨어러블 로봇이 사용자 동작도 보조했다.

정재웅 교수는 “개발된 신축·접착성 마이크로니들 센서는 피부 상태에 영향받지 않는 안정적인 근전도 센싱을 이용한다”며 “더 정확하고 안정적인 웨어러블 로봇 제어를 통해 로봇을 활용하는 환자 재활을 더 쉽게 할 수 있다”고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 지난 17일자에 게재됐다.