스마트폰 화면을 만지듯 책상이나 벽, 옷소매를 두드리기만 해도 기기가 이를 '정확한 좌표'로 인식하는 길이 열리고 있다. 충전선이나 별도 전원 없이도 사람의 터치만으로 위치를 읽어내는 촉각 센서가 구현되면, 대형 디스플레이·플렉시블 TV·의류형 웨어러블 기기·휴머노이드 로봇 피부 등에서 더 자연스러운 터치·제스처 인식이 가능해진다.
경희대는 이런 응용을 겨냥해 한 번의 코팅 공정만으로 터치 위치를 정밀하게 인식하는 자가발전 촉각 센서 기술을 개발했다고 2일 밝혔다. 복잡한 전극 구조나 다수의 센서 배열, 외부 전원 없이도 넓은 면적에서 접촉 위치를 파악할 수 있어, 앞으로 각종 스마트 기기 표면을 '전원 없이 반응하는 터치 패널'로 바꾸는 기반 기술이 될 수 있다는 설명이다.
최동휘 기계공학과 교수 연구팀은 라윤상 전남대 기계공학부 교수 연구팀과 함께 고무처럼 유연한 고분자에 탄소 입자를 섞어 단 한 번의 코팅만으로 촉각 센서를 만드는 공정을 구현했다. 코팅 과정에서 탄소 입자가 아래로 가라앉으면서 하나의 필름 안에서 상층부는 탄소 농도가 낮고, 하층부는 높은 층상 구조가 형성돼 별도 패턴 공정 없이도 위치 인식에 필요한 전기적 차이를 만들어낸다.
이 센서는 사람이 누른 위치에 따라 서로 다른 전기 신호를 발생시키며, 센서 내 거리 차이가 전압 비율로 반영되도록 설계해 전압 신호의 상대적 크기를 분석하는 방식으로 터치 위치를 추적한다. 자체적으로 압력·변형을 전기 신호로 바꾸는 자가발전 구조여서 외부 전원 없이도 구동된다는 점도 특징이다.
연구팀은 딥러닝 기반 모델을 도입해 센서에서 수집한 전압 신호를 학습 데이터로 사용했고, 실제 터치 실험 결과 터치 위치 인식 정확도는 98% 이상으로 나타났다. 평면뿐 아니라 구부리거나 비튼 상태에서도 성능이 유지돼 플렉시블·웨어러블 기기에 적합한 특성도 확인했다.
최동휘 교수는 “촉각 센서 전체가 연속적인 감지 영역으로 작동해 버려지는 영역이 없고, 구부리거나 늘려도 성능이 유지돼 공정 단순화와 대면적 확장 측면에서 산업 적용 가능성이 크다”고 말했다.
연구 성과는 국제학술지 'SusMat(IF=21.3)'에 온라인 게재됐다.
용인=김동성 기자 estar@etnews.com
