'신기방기(新技訪記)'는 새롭고 독특한 기술 제품이나 서비스를 소개하는 코너입니다. [편집자 주]
최근 피부에 초박형 센서를 입혀 전자 기기와 연결하는 소프트 웨어러블 기술이 주목을 받고 있는데요, 이보다 한 발 더 나아가 압력과 진동, 자기장을 감지 할 수 있는 인공피부(artificial skin) 센서가 개발됐습니다.
미국 코네티컷 대학과 캐나다 토론토 대학 공동연구팀은 절단되거나 괴사된 피부를 대신해 실제 피부에서 느끼는 것 이상의 감각을 제공하는 '전자피부'를 개발해 이 연구 결과를 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼스' 지난 28일자에 발표했습니다.
피부는 우리 몸의 외부를 덮고 있는 기관입니다. 가장 바깥쪽인 표피 아래에 위치한 진피에는 혈관, 신경, 땀샘이 있고 체온 조절 등 외부 환경으로부터 몸을 지키는 최전방이라고 할 수 있습니다.
다양한 외부 환경에 노출되어 있어 공격을 받게되면 피부는 스스로 방어하거나 상처입은 부위를 놀라운 힘으로 재생시키는데요, 병균이나 화상 등 물리적·화학적 힘에 의해 피부가 파괴되면 재생이 불가능 할 수 있습니다.
이 때 다른 부위의 피부를 이식하거나 피부세포를 키워 괴사된 피부를 대체하는 기술이 활용되는 경우가 있습니다. 하지만 비용이 높고 시간이 오래 걸린다는 단점이 있죠.
주로 피부 감각을 잃어버린 사람들에게 인공피부 이식 수술이 활용되지만 세포가 살아있는 형태가 아니다 보니 압력이나 열기, 한기, 진동을 느끼는 피부 기능을 상실해 외부 위험에 노출된다는 문제가 있습니다.
전자피부 'e Skin' (자료 이미지)
공동연구팀의 이슬람 모사 박사후 연구원은 "우리가 개발한 인공피부 유형은 '전자피부(e Skin)'라고 할 수 있다"며 "신축성이 있고 성형이 가능하며 인간의 피부를 모방한 독특한 감지 기능을 가진 새로운 스마트 웨어러블 전자제품"이라고 말했습니다.
이 인공피부 센서는 구리선으로 실리콘 튜브를 감싸고 나노미터(10억분의 1m) 크기의 산화철 입자 유체를 튜브에 채웁니다. 산화철 나노 입자는 튜브 주위를 움직이며 전류를 만들고 다시 구리선에 의해 흡수되는데요, 튜브에 압력이 가해지면 전류가 변환되면서 구리선을 통해 감각 신호로 외부에 전달 됩니다.
이 전자피부는 인간피부와 비슷한 전기 신호를 통해 주변 환경의 변화를 감지 할 수 있는데다 자기장과 음파의 진동까지 느낄 수있어 특수목적으로도 활용될 수 있습니다.
연구팀에 의하면 이 연구 목적은 인간이 가진 능력 이상으로 감지 할 수있는 인공피부를 개발하는 것이었다고 합니다. 사고로 잃어버린 피부와 감각을 대신하는 것 뿐만 아니라 산업화 가능성을 염두했다는 얘기 입니다.
이를테면 그동안 실리콘과 같은 단순한 인공피부를 입혔던 로봇에 이 전자피부를 입히면 사람과 비슷한 피부감각과 특수한 환경의 변화를 감지해 외부 위험 환경을 사전에 경고할 수 있습니다. 혹은 전자피부 소재로 만들어진 특수복을 입은 구조대가 화재나 지진 발생지역에서 인명을 구조하면서 추가로 발생하는 위험을 사전에 감지 할 수도 있는 것이죠.
연구팀은 이 발명이 사전 위험 방지 전자장치나 구조 로봇, 차세대 원격 건강관리 모니터링 시스템에 응용 될 수 있다고 밝혔습니다.
다만 이 전자피부가 인간의 피부를 대체할 경우 생체학적으로 적합한 지에 대한 추가적인 연구가 과제로 남아 있습니다.
연구팀은 다음 단계로 현재 관 모양의 원형체를 평평하게 만들어 피부층에서 보다 효과적으로 기능할 수 있도록 개선할 계획입니다.
연구팀은 이 인공 전자피부 센서를 상용화해 수년 내 시장에 출시할 회사도 설립했는데요, 현재의 프로토 타입인 센서는 개당 5달러 미만으로 추가 연구 개발과 미국 식품의약국(FDA)의 사용 승인 과정을 거치면 센서의 단가는 더 비싸질 수 있다고 말했습니다.
스탠퍼드대 연구팀의 인공 전자피부 센서
한편, 지난해에는 미국 스탠퍼드대 화학공학과 연구팀이 신축성이 뛰어나고 감각 센서를 통합시킨 폴리머 회로가 무당벌레의 미세한 움직임까지 감지하는 인공피부를 개발해 국제학술지 네이처에 발표한 바 있습니다.
국내 연구진도 지난해 최초로 최대 18.8배까지 늘어나는 고신축 전극을 개발해 차세대 웨어러블 기기의 전자피부 등에 활용할 수 있는 가능성을 열었습니다.
한국과학기술연구원(KIST) 전북분원 복합소재기술연구소 홍재민 박사팀은 하이드로겔-고무 복합소재와 은(Ag) 전극을 결합한 고신축 전극을 개발했는데요, 변형률이 높으면서 피부와 유사한 질감을 가지는 하이드로겔을 이용해 높은 신축성으로 전자피부로 사용할 때 뛰어난 착용감과 대면적 회로 형성에 유리한 장점을 갖춘 것으로 평가 받습니다.
서울대 전기·정보공학부 홍용택 교수 연구팀도 주름진 탄소나노튜브 확산 방지벽을 이용해 장기 신뢰성을 가지며 신축이 가능한 액체 금속-고체 금속 간 접합 기술을 개발했습니다.
이처럼 첨단 소재와 초박형 센서의 결합으로 인간과 흡사한, 또는 그 이상의 능력을 가진 인공 전자피부가 만들어지고 있습니다. 머지 않은 미래에 첨단 능력을 갖춘 전자피부를 이식한 초능력자가 탄생할 수 있을지 주목됩니다.