KAIST는 기계공학과 박인규 교수 연구팀이 한국전자통신연구원(ETRI)과 공동연구를 통해 기존 촉각 센서 기술의 구조적 한계를 극복한 혁신적 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.

이번 공동연구의 핵심은 ‘열성형 기반 3차원 전자 구조(Thermoformed 3D Electronics, T3DE)’를 적용해 유연성과 정밀성, 반복 내구성을 동시에 확보한 맞춤형 촉각 센서를 구현한 것이다.

고무나 실리콘처럼 늘렸다가 놓으면 다시 원래 모양으로 돌아오는 기존 연성 엘라스토머 기반 촉각 센서는 응답속도가 늦고 장기간 사용 시 재료가 변형되는 문제가 있다.

이번에 개발된 T3DE 센서는 공기를 유전체로 활용해 전력 소비를 줄이는 동시에, 민감도, 응답속도, 온도 안정성, 반복 정밀도 측면에서도 우수한 성능을 보였다.

실험 결과 해당 센서는 민감도 5884 kPa⁻¹, 응답속도 0.1ms(1ms=1000분의 1초보다 짧은 시간) 히스테리시스 0.5% 이하, 5000회 반복 측정에서도 정밀도 99.9% 이상을 유지하는 내구성을 입증했다.

연구팀은 총 2800개 센서를 촘촘히 구성, 운동 중 발바닥의 압력 분포를 실시간 시각화하고, 손목 맥박 측정을 통한 혈관 건강 상태 평가 가능성도 확인했다.

또 상용 음향 센서 수준의 소리 감지 실험에서도 성공적인 결과를 얻었다. 즉 발바닥 압력, 맥박, 소리까지 매우 정확하고 빠르게 측정할 수 있어서 운동, 건강, 소리 감지 등 다양한 분야에 활용될 수 있다.

T3DE 기술은 증강현실(AR) 기반 외과 수술 훈련 시스템에도 적용돼 수술 절개 시 가해지는 압력 강도에 따라 시각·촉각 피드백을 동시에 제공하고, 너무 깊이 베거나 위험한 부위를 건드리면 실시간 위험 경고 기능까지 갖춘 시스템이 구현됐다.

KAIST 박인규 교수는 “이 센서는 설계 단계에서부터 정밀하게 조절할 수 있어 다양한 환경에서도 안정적으로 작동한다”며 “일상생활은 물론 의료, 재활, 가상현실 등 다양한 분야에서 쓸 수 있을 것”이라고 밝혔다.

본 연구는 세계적 권위의 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’ 2025년 5월호에 게재됐으며, 해당 논문은 사이언스 어드밴시스 공식 SNS 채널(Facebook, Twitter)을 통해 전 세계에 소개되기도 했다.

김형중 기자 kimhj@ggilbo.com