전력·회로 없이 ‘촉각’ 반응하는 차세대 로봇 센서 개발…극한 환경 작업 효율 높인다

로봇 공학계에서 소프트 로봇(Soft Robot)의 자율성을 높이기 위한 기술적 시도가 이어지는 가운데, 기존 전자식 센서의 복잡성을 획기적으로 줄인 새로운 기계식 센서 기술이 등장했다.

소프트 로봇은 유연한 소재를 활용해 인간과 유사한 유연한 동작을 구현할 수 있지만, 이를 제어하기 위한 전자 부품이 외부 환경에 취약하다는 점이 상용화의 걸림돌로 지목되어 왔다.

인터레스팅 엔지니어링(Interesting Engineering)은 13일(현지시각), 싱가포르 국립대학교(NUS) 디자인·공학대학(CDE) 연구팀이 복잡한 제어 회로나 외부 동력원 의존도를 최소화한 소프트 기계식 힘 센서 ‘ME-SOFS(Mechanical Soft Force Sensor)’를 개발했다고 보도했다.

이번에 개발된 ME-SOFS는 기존 로봇이 복잡한 전자 센서와 중앙 처리 장치를 거쳐 정보를 인식하던 방식에서 벗어나, 로봇의 물리적 구조 자체가 센싱과 작동을 동시에 수행하도록 설계되었다.

3D 프린팅으로 제작된 다공성 구조물 내부에 유체가 채워진 챔버가 배치되어, 외부의 힘이 가해지면 유체가 이동하며 즉각적인 기계적 대응을 유도하는 방식이다.

기존 소프트 로봇 센서가 전자회로를 통한 신호 처리를 필수적으로 요구했다면, ME-SOFS는 구조 내부의 유체 흐름만으로도 즉각적인 반응을 이끌어낸다.

비록 자석과 금속 아크를 이용해 기초적인 신호 감지 기능을 갖췄으나, 이는 별도의 능동 전자회로 없이 작동하는 방식이다. 이러한 설계는 기존 전자식 센서 대비 구조를 단순화하고, 전자기 간섭이나 극한 환경에서의 고장 위험을 현저히 낮출 수 있는 차별점을 지닌다.

연구팀은 이 센서를 활용해 파지(물체를 잡는 행위) 정보를 기계적 피드백으로 전달하는 장갑을 구현했다. 작업자는 이를 통해 물체의 무게를 가늠하고, 기계적 피드백을 기반으로 로봇의 반복적인 파지 동작을 정교화할 수 있음을 확인했다.

이는 소프트 로봇이 인간의 개입 없이도 물리적 정보를 처리할 수 있는 즉각적인 물리적 피드백 기반 반응 메커니즘을 제시한 것으로 평가된다.

다만 이러한 연구 성과가 실제 산업 현장이나 의료 현장에 즉시 투입되기까지는 넘어야 할 산이 많다.

기술적 가능성에도 불구하고 실제 의료·산업용 로봇으로 발전하기 위해서는 내구성 확보와 고도화된 정밀 제어 등 실증 단계에서의 추가적인 검증이 선행되어야 한다.


이번 기술은 섭씨 90도(화씨 194도)의 고온과 수심 11미터 환경에서도 안정적인 작동을 보여 극한 환경에서의 활용 가치를 입증했다.

세실리아 라스키 NUS CDE 교수는 관련 논문을 통해 “신체 구조 자체가 별도의 제어 시스템 없이 감각-운동 행동을 유도하는 생물학적 신경계의 특징을 물리적으로 구현한 사례”라고 설명했다.

향후 연구팀은 시스템의 소형화와 센싱-작동 루프의 통합을 통해 소프트 로봇의 자율성을 더욱 강화할 계획이다.

전자 부품의 사용을 최소화한 이번 기계식 센서 모델이 향후 수중 탐사, 재난 구조 등 전자 장비가 작동하기 힘든 영역에서 소프트 로봇의 한계를 어떻게 돌파할지 귀추가 주목된다.


진형근 글로벌이코노믹 기자 jinwook@g-enews.com