기계연-서울시립대, 생체 에너지 효율의 인공촉각신경시스템 개발 성공

- 불가사리 구조 모사한 고감도 압력센서와 인공시냅스 융합 -

- 웨어러블·로봇·의수 등 다양한 스마트기기에 응용 기대 -

국가과학기술연구회(이사장 김영식) 산하 한국기계연구원(원장 류석현, 이하 기계연) AI로봇연구소 바이오기계연구실 이보연 선임연구원 연구팀과 서울시립대학교(총장 원용걸) 첨단융합학부 지능형반도체학과 이신형 교수 연구팀은 공동연구를 통해 고감지 촉각센서와 인공시냅스 기술을 활용한 고성능 인공촉각신경시스템 개발에 성공했다.

이번 연구 성과는 전자 분야 국제 학술지 'npj Flexible Electronics (JCR:1.8%)*'에 온라인으로 게재됐으며, 한국기계연구원 이보연 박사가 교신저자, 서울시립대 지능형반도체학과 조재영 석사과정생이 제1저자, 이신형 교수가 공동 교신저자로 참여했다.

* npj Flexible Electronics 원문: https://www.nature.com/articles/s41528-025-00415-6

* 제목: "Tactile near-sensor computing systems incorporting hourglass-shaped microstructured capacitive sensors for bio-realistic energy efficiency"

생체 에너지 효율의 인공촉각신경시스템을 개발한 연구진(왼쪽부터 기계연 이보연 선임연구원, 서울시립대 이신형 교수, 조재영 석사과정생)

연구팀은 인체와 유사하게 다양한 압력을 감지할 수 있는 고감도 촉각센서와 인공시냅스를 집적한 근접-센서 연산 기술을 개발했다. 이 기술은 생체 신경계와 유사하게 외부 자극의 감지와 정보처리를 별도 프로세서 없이 동시에 수행할 수 있어, 다양한 웨어러블 전자기기에 적용될 수 있는 스마트 센서 시스템의 핵심 기술로 주목받고 있다.

기존 인공 촉각 신경은 압력 센서와 시냅스 소자 간 낮은 호환성으로 인해 소모 에너지와 외부 자극 감지 대역이 생체에 비해 크고, 제한적이라는 한계가 있었다. 이에 연구팀은 불가사리의 표면구조를 모사한 마이크로 구조 기반 고성능 압력 센서를 개발하고, 이를 기계적으로 유연하면서 호환성이 높은 인공시냅스 소자와 집적함으로써 높은 감지 대역과 고에너지 효율을 갖춘 인공촉각신경으로 구현해 냈다.

이 기술은 웨어러블 기기에서의 실시간 지문 인식, 인공 의수 및 스마트 로봇 시스템 등 다양한 분야에 포괄적으로 적용될 수 있다.

기계연-서울시립대에서 공동 개발한 생체 에너지 효율의 인공촉각신경시스템 개념도

기계연 이보연 선임연구원은 “감지부터 처리까지 하드웨어에 통합된 이번 인공신경 시스템은 생체 신경계의 감각 반응 특성을 정밀하게 모사함으로써 차세대 로봇 피부 구현을 위한 핵심 기술 기반이 될 것으로 기대된다"고 밝혔다.

서울시립대학교 이신형 교수는 "이번 인공촉각신경 기술은 인체와 유사한 감지 성능과 효율을 갖춘 신개념 기술로, 웨어러블 전자기기와 인공지능 시스템의 발전을 견인할 수 있을 것"이라고 말했다.

한편, 이번 연구는 한국기계연구원 기본사업 및 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 개인기초연구지원사업(중견연구), 기초연구실지원사업, 산업통상자원부 로봇산업기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.