서울대학교 공과대학 기계공학부 고승환 교수 연구팀이 로봇이 사람처럼 주변의 온도와 압력을 동시에 감지할 수 있는 혁신적인 인공피부 기술을 개발하며 세계의 주목을 받고 있습니다. 이 기술은 초박형 센서 하나로 열 자극과 기계 자극을 효율적으로 감지하며, 나아가 피지컬 AI(Physical AI) 구현의 핵심 동력이 될 것으로 기대를 모으고 있습니다.
피지컬 AI 시대, '인간의 촉각'을 모방하는 기술의 중요성
최근 로봇과 인공지능이 실제 물리 세계와 상호작용하는 ‘피지컬 AI’ 기술이 빠르게 부상하고 있습니다. 피지컬 AI는 로봇이 단순한 계산을 넘어, 주변 환경을 직접 보고, 만지고, 느끼며 스스로 판단하는 능력을 갖추도록 하는 것을 목표로 하며, 이 과정에서 사람의 피부처럼 온도와 압력 등 다양한 촉각 정보를 동시에 감지하는 센서의 중요성이 커지고 있습니다.
기존의 멀티모달 감각소자들은 사람 피부의 복합 자극 처리 방식을 모방하기 위해 여러 센서를 따로 배치하거나 다수의 기능층을 쌓는 방식으로 구현되어 왔습니다. 그러나 이러한 방식은 시스템 구조를 복잡하게 만들고 측정 장치를 비대하게 만들 뿐만 아니라, 반응성 요소로 인해 응답 속도가 느려지고 동일한 위치에서 여러 자극을 정밀하게 읽어내기 어렵다는 고질적인 한계를 안고 있었습니다. 이에 따라 얇고 유연한 단일 감각소자로 사람 피부처럼 복합 자극을 빠르게 처리할 수 있는 새로운 인공 촉각 플랫폼 개발이 절실한 상황이었습니다.
초박형 센서로 20종 물체 식별 성공…혁신적 멀티모달 인공피부
이러한 기술적 난관을 해결하기 위해 고승환 교수팀은 은(Ag) 코어와 산화구리(Cu2O) 쉘로 구성된 코어-쉘 나노와이어 네트워크를 활용, 하나의 소자 안에서 열 감지 모드(T mode)와 기계 감지 모드(M mode)를 초당 16회 전환하는 독자적인 기술을 구현했습니다. 이 초박형 단일층 구조 덕분에 개발된 인공피부는 기계 자극에 대해서는 서브마이크로초, 열 자극에 대해서는 밀리초 수준의 매우 빠른 응답 속도를 자랑합니다.
특히, 연구팀은 기초 물체 분류 실험에서 두 감지 모드의 ‘인터리빙(interleaving)’ 신호, 즉 서로 다른 신호를 아주 짧은 시간 간격으로 번갈아 측정하고 수집하는 방식을 인공지능 모델에 학습시켰습니다. 그 결과, 열 신호나 기계 신호만을 사용할 때 약 65% 수준이던 분류 정확도가 95%까지 비약적으로 향상되었으며, 데이터 수를 줄인 조건에서도 94.53%라는 높은 정확도를 유지했습니다. 또한, 무선 측정 보드와 결합한 손끝 부착형 센서로 20종의 일상생활 물체를 검증한 결과 83%의 검증 정확도를 기록하며 실생활 적용 가능성을 입증했습니다. 더 나아가 멀티어레이 플랫폼을 제작하여 열 및 압력 분포를 사람 피부 수준의 고해상도로 측정하는 데 성공, 단일 소자 성능을 넘어선 확장 가능성까지 시사했습니다.
미래 로봇과 인간-기계 상호작용의 새로운 지평을 열다
이번 연구에서 개발된 멀티모달 인공감각소자는 향후 의료 보조기기(의수·의족), 웨어러블 전자피부, 소프트 로봇, 로봇 그리퍼, 인간-기계 인터페이스 등 광범위한 분야에서 미래 로봇의 핵심 촉각 인지 기술로 자리매김할 것으로 전망됩니다. 특히, 여러 센서를 복잡하게 쌓을 필요 없이 하나의 초박형 소자로 복합 자극을 처리할 수 있어 시스템을 간소화하고 높은 감각 해상도를 확보할 수 있다는 점에서 차세대 지능형 촉각 플랫폼의 핵심 기술로 발전할 잠재력이 매우 큽니다.
고승환 교수는 이번 성과에 대해 “여러 개의 센서를 겹겹이 쌓지 않고도 하나의 초박형 소자 안에서 인간의 피부처럼 열 자극과 기계 자극을 함께 처리할 수 있는 기술을 처음으로 구현했다는 점에서 큰 의미가 있다”고 강조했습니다. 이 기술은 향후 로봇에게 인간 수준의 촉각 인지 능력을 부여하는 피지컬 AI의 핵심 기술로 확장될 것으로 기대되며, 논문의 제1저자인 김권규 연구원과 방준혁 연구원은 각각 미국 애플사와 캘리포니아 공과대학교에서 연구를 이어가며 이 기술의 국제적 영향력을 넓혀가고 있습니다.
서울대 고승환 교수팀의 이번 연구는 로봇이 물리적 세계를 더욱 정교하게 인지하고 상호작용하는 피지컬 AI 시대의 서막을 알리는 중요한 이정표가 될 것입니다. 인간의 촉각을 뛰어넘는 섬세함으로 다양한 산업 분야에 혁신을 가져올 이 기술의 발전이 앞으로 어떤 미래를 그려낼지 귀추가 주목됩니다.
