새로운 로봇 피부가 기계가 인간처럼 느끼게 합니다

케임브리지 대학교와 유니버시티 칼리지 런던의 공학자들은 거의 모든 기계에 감지 능력을 부여할 수 있는 로봇 피부를 공동 개발했습니다. 이 방식은 다중 모드 센서, 하이드로젤 소재, 머신러닝을 활용해 새로운 수준의 촉각 피드백을 구현하며, 촉각을 감지하는 의수·의족을 비롯한 다양한 응용 가능성을 제시합니다. 핵심 내용을 살펴보겠습니다.

왜 촉각이 로봇공학에서 중요한가

인간이 세상을 탐색할 수 있게 하는 다섯 가지 감각은 인간 및 주변 환경과 의미 있게 상호작용할 수 있는 로봇을 만드는 데에도 필수적입니다. 로봇이 추가 기능의 일환으로 더 많은 감각 입력을 통합하는 모습을 흔히 볼 수 있습니다.

하지만 촉각은 이제서야 그 가치를 인정받고 있습니다. 다른 작업자와 충돌했는지 감지할 수 있는 산업용 로봇부터 과일이 익었는지 느낄 수 있는 농업용 로봇까지, 촉각 감지는 이제 기술의 중요한 요소가 되었습니다.

인간 피부가 로봇 설계에 영감을 주는 방식

촉각에 관해서라면, 피부는 놀라운 기관입니다. 열부터 압력까지 다양한 입력을 밀리초 단위로 정확하게 감지할 수 있습니다. 또한 이러한 감지는 전신 혹은 특정 부위에서 일어날 수 있으며, 뇌는 촉각의 출처와 종류를 구분합니다. 이러한 모든 능력은 스스로 회복할 수 있는 유연한 표면에서 비롯됩니다.

로봇에게 감각을 부여하기

인간 피부의 민감도가 다양한 응용 분야에 이상적이라는 점을 인식한 엔지니어들은 여러 차례 로봇 피부를 만들려 시도했습니다. 이 작업에 접근한 주요 방법은 유연한 소재에 여러 센서를 삽입하는 것이었습니다. 이러한 센서는 압력, 온도 및 기타 중요한 데이터를 감지할 수 있었습니다.

로봇 피부의 문제점

이 전략에는 몇 가지 큰 단점이 있었습니다. 첫째, 각 센서는 피부의 경직성을 증가시켰습니다. 또한, 이러한 센서를 제작하고 장치에 설치하는 데 비용과 시간이 많이 소요되었습니다. 이 장치들은 제작 비용이 매우 높았으며, 전반적으로 깨지기 쉬웠습니다.

각 경직된 센서는 작동 중 손상될 수 있는 또 다른 영역을 추가했습니다. 센서 배치는 표면이 가져야 할 형태와 디자인에도 영향을 미쳐 적용 범위를 더욱 제한했습니다. 게다가 많은 센서가 위치하지 않은 사각지대가 있거나 다른 센서를 추가로 장착해야 하는 경우도 있었습니다. 이러한 문제들 외에도, 새로운 센서 유형이 추가될수록 장치가 발생시키는 간섭이 증가해 정확도가 감소했습니다.

로봇 피부 연구 내부

The Multimodal information structuring with single-layer soft skins and high-density electrical impedance tomography 연구¹는 단일 소재 설계만으로 다양한 촉각을 감지할 수 있는 새로운 유형의 로봇 피부를 소개합니다. 이 장치는 어떤 형태에도 맞출 수 있으며 기존 로봇 손에 장갑처럼 부착되어 장치에 새로운 상호작용 및 감도 레이어를 제공합니다.

출처 – University of Cambridge

다중 모드 감지

향상된 로봇 피부를 만들기 위한 첫 번째 단계는 필요한 센서 수를 줄이는 방법을 찾는 것이었습니다. 이를 위해 엔지니어들은 다중 모드 센서에 주목했습니다. 이러한 장치는 다양한 신호 입력을 등록하고 간섭 없이 각각의 원인을 구분할 수 있습니다. 이 접근 방식의 일환으로 팀은 가열, 촉각, 압력, 손상 등 6가지 유형의 다중 모드 자극을 지원하는 맞춤형 시스템을 개발했습니다.

왜 하이드로겔이 로봇 피부에 핵심인가

그 후 전도성 젤라틴 기반 하이드로겔을 성인 손 모양으로 주조했습니다. 이 소재는 전도성, 부드러운 촉감, 유연성 때문에 선택되었습니다. 또한 필요에 따라 녹여 원하는 형태로 만들 수 있어 이러한 장치의 사용성 및 지속 가능성을 높입니다.

전극 배치

팀은 다양한 전극 레이아웃을 테스트하는 데 상당한 시간을 투자했습니다. 목표는 로봇 피부의 기능을 방해하지 않으면서 센서에 정확한 측정을 제공하는 구성을 찾는 것이었습니다. 결국 손목에 32개의 전극을 배치한 설계에 합의했습니다.

전기 임피던스 단층 촬영

엔지니어들은 전기 임피던스 단층 촬영 기술을 활용해 이 센서에 데이터를 공급했습니다. 하이드로겔의 전도성으로 인해 막 전체에 863,040개의 전도 경로가 형성되었습니다. 엔지니어들은 모든 경로를 활용할 경우 이 설계에서 170만 개의 데이터 조각을 추출할 수 있다고 언급했습니다.

다음 단계는 손가락을 두드리거나 손을 쥐는 등 특정 동작 중에 수집된 데이터를 기록하는 것이었습니다. 이 데이터는 맞춤형 머신러닝 알고리즘에 입력되었습니다.

AI는 이 데이터 모델을 사용해 어떤 감각 입력이 다른 동작보다 우선순위를 갖는지 판단했습니다. 예를 들어, 깊은 절단은 가벼운 손가락 찔림보다 더 중요합니다. 또한 시스템이 이러한 선호도를 사용자 정의할 수 있음을 언급했습니다.

로봇의 작업에 따라 엔지니어는 어떤 감각에 우선순위를 둘지 조정할 수 있습니다. 예를 들어, 농업 로봇이 과일의 숙성을 감지하도록 민감도를 높이고, 여름 햇빛 아래에서 작동하므로 온도 센서는 낮출 수 있습니다. 또한 인간의 터치를 이용해 장치를 보정할 수 있습니다.

로봇 피부의 성능 테스트

엔지니어들은 장치가 기대대로 작동하는지 확인하기 위해 여러 물리적 테스트를 수행했습니다. 이 테스트에는 손가락을 부드럽게 손 위에 움직이며, 장치에 열을 가하고, 다양한 강도로 눌러 가벼운 동작과 해로운 동작의 차이를 기록하는 것이 포함되었습니다. 또한 동시에 여러 종류의 촉각을 감지할 수 있는지도 테스트했습니다. 한 경우에는 의료용 메스로 손을 절단했습니다.

로봇 피부 테스트 결과

테스트 결과 머신러닝이 실시간으로 다양한 동작을 성공적으로 구분함을 보여주었습니다. 손은 인간의 터치와 무생물 객체를 구별할 수 있었습니다. 또한 열과 습기와 같은 여러 요인의 조합을 기반으로 날씨 상황을 판단할 수 있었으며, 이는 인간과 유사합니다.

로봇 피부 기술의 주요 장점

로봇 피부가 제공하는 여러 가지 장점이 있습니다. 첫째, 로봇이 인간과 같은 방식으로 물리적 세계와 상호작용할 수 있게 합니다. 미래의 로봇은 자신이 사람이나 물체와 충돌했는지 감지하고 조정할 수 있게 될 것입니다.

이 장치는 물체의 반응을 기반으로 가해지는 압력을 이해하도록 설정되어, 보다 효과적인 의료 기기 등 다양한 분야의 문을 열어줍니다. 로봇 피부의 고감도 특성은 광범위한 응용 분야에 이상적입니다.

저비용

새로운 로봇 피부 설계의 가장 큰 장점 중 하나는 제작이 용이하다는 점입니다. 기존 로봇 피부는 여러 센서를 정확히 배선해야 했습니다. 전도성 하이드로겔을 활용하는 방식보다 비용이 많이 들고 거의 모든 형태로 성형할 유연성이 부족했습니다. 이 새로운 접근 방식은 촉각 감지 로봇을 더 많은 장치에 적용할 수 있게 합니다.

로봇 피부는 재사용 가능

로봇 피부 설계의 또 다른 핵심 장점은 재사용 가능성입니다. 전도성 소재는 필요에 따라 녹여 성형할 수 있습니다. 하이드로겔은 내부 배선 없이 복잡한 형태에 맞출 수 있습니다. 이러한 재사용 가능한 접근 방식은 향후 로봇 분야의 전자 폐기물을 줄이는 데 도움이 될 것입니다.

내구성

로봇 피부 설계는 이전 모델보다 훨씬 내구성이 뛰어납니다. 장치 전반에 센서가 배치되지 않아 손상의 가능성이 제한됩니다. 이 구조는 높은 스트레스에도 견딜 수 있는 유연하고 재사용 가능한 부품을 지원합니다. 또한 복잡한 내부 센서를 수리할 필요 없이 하이드로겔을 이용해 수리할 수 있습니다.

맞춤형

로봇 피부의 맞춤형 가능성은 큰 장점입니다. 장치가 작업에 따라 다양한 자극에 다르게 반응하도록 할 수 있습니다. 예를 들어, 장미를 따는 로봇이 가시를 무시하도록 설정하면서 줄기의 습기나 촉감에 과민하게 반응하도록 할 수 있습니다.

로봇 피부의 적용 분야 및 타임라인

로봇 피부에는 여러 적용 분야가 있습니다. 가장 명백한 용도는 인간형 로봇의 능력을 강화하는 것입니다. 이러한 장치는 이미 구조와 외형이 인간과 유사합니다. 촉각 레이어를 추가하면 더욱 인간답고 친근하게 만들 수 있습니다.

보철물

이 연구는 감각을 갖춘 보철물을 현실화하는 데 기여할 수 있습니다. 부드럽고 유연한 하이드로겔을 피부로 사용하면 착용자와 주변 사람들에게 이러한 의료 기기가 보다 실제처럼 느껴지게 합니다. 또한 손실된 신체 부위와 동일한 감각을 제공하거나 추가 감각 입력으로 강화할 수 있습니다.

자동차 분야

자동차 분야는 로봇 통합의 최전선에 있었습니다. 이 연구는 인간과 안전하게 협업할 수 있는 로봇을 만드는 데 도움이 될 수 있습니다. 이러한 장치는 인간과 가까워지거나 상호작용할 때 이를 인식하고, 사고 시 동료가 충돌을 피하듯 반응할 수 있습니다.

농업 분야

촉각 감지 로봇은 이미 농업의 핵심 요소를 판단하는 데 사용되고 있습니다. 이 장치는 로봇 피부를 활용해 무게를 줄이고 작동 시간과 성능을 향상시킬 수 있습니다. 또한 이러한 시스템은 맞춤형 AI 모델을 통합해 성능을 개선하고 결과를 보장할 수 있습니다.

로봇 피부 타임라인

로봇 피부가 시장에 출시되기까지 5~10년이 걸릴 수 있습니다. 엔지니어들은 설계 작업을 지속하고 파트너십 및 자금을 모색할 것입니다. 성공한다면 향후 5~7년 내에 물류창고 장치에 로봇 피부가 적용되는 모습을 볼 수 있습니다. 모든 것이 순조롭게 진행된다면, 의료 기기가 다음 10년 안에 이 옵션을 활용할 수 있을 것입니다.

누가 로봇 피부를 개발했나요?

케임브리지 대학교와 런던 대학교(UCL) 엔지니어들이 협력해 이 연구를 실현했습니다. 논문은 David Hardman, Thomas George Thuruthel, Fumiya Iida를 주요 저자로 명시하고 있습니다. 특히 이 연구는 왕립학회, 공학 및 물리과학 연구위원회, 삼성 글로벌 연구 아웃리치 프로그램, 영국 연구혁신(UK Research and Innovation)의 지원을 받았습니다.

로봇 피부의 미래

팀은 현재 장치의 내구성과 감도를 향상시키는 방안을 모색하고 있습니다. 향후 단계에서는 유닛용 소재와 새로운 센서 유형을 추가로 연구할 예정입니다. 목표는 민감한 시스템에서 단일 레이어 피부를 혁신하고 촉진하며, 미래에 다중 모드 감각 옵션의 활용을 촉진하는 것입니다.

로봇공학에 투자하기

로봇공학 분야에는 여러 고위험 경쟁자가 있습니다. 이들 기업은 인프라 모니터링용 로봇부터 의료 기기, 군사 하드웨어까지 다양한 제품을 제공합니다. 이러한 모든 분야는 지난 10년 동안 상당한 성장을 이루었으며, 분석가들은 앞으로도 더 큰 성장을 예측하고 있습니다. 다음은 향후 채택에 대비해 입지를 다진 기업입니다.

UiPath

UiPath (PATH )는 2005년에 시장에 진입했습니다. 당시에는 DeskOver라는 이름으로 운영되었습니다. 창립자 Daniel Dines와 Marius Tîrcă는 신흥 산업을 위한 신뢰할 수 있는 로봇 자동화 소프트웨어를 만들고자 했습니다. 회사는 첫 10년 동안 느리지만 꾸준한 성장을 보였습니다.

2015년에 회사는 UiPath로 전환하고 사업을 확장했습니다. 뉴욕에 본사를 두고 런던, 방갈로르, 파리, 싱가포르, 워싱턴 D.C., 도쿄에 새로운 사무소를 열었습니다. 2021년 UiPath는 미국 소프트웨어 IPO 중 가장 큰 규모 중 하나를 주관했으며, 350억 달러를 확보해 운영을 확대했습니다.
오늘날 UiPath는 로봇 자동화에서 중요한 역할을 수행합니다. 이들의 소프트웨어는 수천 명의 인간 동료 및 기타 장치와 안전하게 동기화된 로봇 군대를 운영하도록 돕습니다. 따라서 로봇 산업에 대한 노출을 원하는 투자자는 UiPath 주식에 대해 더 많은 연구를 해야 합니다.

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마무리 생각: 로봇 피부의 미래

로봇 피부 개념은 미래에 인간과 로봇의 상호작용 방식을 향상시킬 수 있습니다. 이 장치는 기존 로봇에 통합되어 주변 환경에 대한 이해와 새로운 기능을 제공할 수 있습니다. 이러한 이유와 그 외 여러 이유로 엔지니어들의 노력에 찬사를 보내야 합니다.

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참조 연구:

^{1. David Hardman et al., 단일 레이어 연성 피부와 고밀도 전기 임피던스 단층 촬영을 이용한 다중 모드 정보 구조화.Sci. Robot.10,eadq2303(2025).DOI:10.1126/scirobotics.adq2303}