□ 연구를 시작한 계기나 배경은?

로봇이 다양한 감정을 느낄 수 있게 하려면 어떻게 해야 할까를 고민 하다가 연구를 시작하게 되었습니다. 인간은 시각 정보, 청각 정보, 촉각 정보 등을 통해 감정을 전달 받습니다. 로봇도 유사한 정보들을 통해 감정을 느낄 수 있게 할 수 있을 것으로 생각했는데, 촉각을 통한 감정 상호작용이 중요성에 비해 많이 연구되지 않고 있고 촉각 관련 연구를 다수 진행한 경험이 있어 촉각을 통한 감정 상호작용에 초점을 맞추게 되었습니다. 

□ 연구 전개 과정에 대한 소개

먼저 기존 연구 사례를 조사하였습니다. 그리고 기존 연구에서의 장단점을 분석하였고, 기존 연구의 단점들을 어떻게 해결할 수 있을지에 대한 고민과 아이디어 도출 과정을 진행하였습니다. 이를 통해 투명하고 늘어날 수 있는 센싱 물질 (폴리염화비닐젤)을 선정하게 되었습니다. 선정한 센싱 물질에 간단하게 구리 전극을 부착하여 센싱 가능성을 확인하였습니다. 여기에 투명하고 늘어날 수 있는 전극을 어떻게 부착할 수 있을지에 대한 많은 고민과 여러 가지 시도를 진행하였고 수많은 시행착오 끝에 최종적인 연구 결과물로 도출할 수 있게 되었습니다.  

□ 연구하면서 어려웠던 점이나 장애요소는 무엇인지? 어떻게 극복(해결)하였는지?

가장 큰 문제는 센싱 물질 (폴리염화비닐젤)과 전극 물질 (하이드로젤)을 부착하는 문제가 가장 어려운 문제였던 것 같습니다. 투명성을 유지 (광투과도 90% 이상)하면서 기계적인 자극에도 쉽게 파괴되지 않도록 제작 (인장률 450% 이상)하는 것이 쉽지 않았습니다. 특히 센싱 물질로 사용된 폴리염화비닐 젤이 상용화된 대부분의 접착제와 잘 붙지 않았습니다. 시중에 유통되는 대부분의 접착제를 구하여 센싱 물질과 전극 물질 접착을 시도했던 것 같습니다. 상용화된 접착제는 접착도 잘 되지 않았을 뿐 아니라 투명성 유지가 되지 않거나 딱딱해지는 등의 문제가 발생했습니다. 관련 연구들을 조사하던 중 폴리염화비닐젤에는 한 번도 시도되지 않았던 기법을 적용하였고 수많은 시행착오를 통해 광투과도와 기계적 신축성을 유지하면서 센싱 물질과 전극 물질을 접착하는데 성공하였습니다.

□ 이번 성과, 무엇이 다른가?

높은 투명도와 높은 신축성을 가진 감정 촉각 피부를 개발한 것 뿐 아니라 개발한 전자피부를 통해 쓰다듬는 행위, 톡톡 치는 행위, 어루만짐 뿐 아니라, 꼬집거나 비트는 느낌 등 사람이 손으로 하는 모든 촉각적인 감정교류의 가능성을 보인 첫 사례라고 판단됩니다. 특히 꼬집거나 비트는 촉각 표현을 센싱하기 위해서는 높은 내구성을 보여야 하는데, 개발한 감정 촉각 피부는 잘 늘어날 뿐 아니라 외부의 강한 자극(꼬집고, 비틀기)에도 잘 파괴되지 않습니다. 

□ 실용화된다면 어떻게 활용될 수 있나? 실용화를 위한 과제는?

로봇의 피부에 적용하여 사람과 촉각적인 감정을 공유할 수 있는 로봇 (휴머노이드, 애완로봇 등)을 만들 수 있을 뿐 아니라, 촉각적인 감정 표현을 센싱할 수 있는 의수, 늘어나는 스마트폰 (stretchable smart phone) 등에 적용할 수 있을 것으로 판단됩니다. 실용화를 위해서는 딥 러닝을 기반으로한 좀 더 정확한 감정 분류 시스템을 개발하여야하고, 감성 촉각 피부의 센싱 값 변화를 좀 더 민감하고 빠르게 측정할 수 있는 측정 회로 기술 개발이 동반되어야 합니다.

□ 꼭 이루고 싶은 목표나 후속 연구계획은? 

후속 연구로 재질 표면의 미세한 질감까지 측정할 수 있는 촉각 피부를 연구하고 싶습니다. 후속 연구로 진행되는 미세 질감 측정 촉각 피부도 투명하고 늘어날 수 있는 형태로 개발하여 다양한 분야에 응용할 수 있도록 연구할 계획입니다.

작성: 최동수 교수(금오공과대학교), 김상연 교수(한국기술교육대학교)