국내 연구진이 사람 피부처럼 부드럽고 신축성 있으면서 내장된 센서를 이용해 온도와 습도, 촉감까지 느낄 수 있는 스마트 인공피부를 개발했다.

서울대 화학생물공학부 김대형 교수는 9일 부드러운 실리콘 고무 속에 신축성 있는 초소형 센서들을 배열해 압력과 온도, 습도는 물론 힘에 의한 피부 변형까지 감지할 수 있는 스마트 인공피부를 개발했다고 밝혔다.

이 연구결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스'(Nature Communications) 9일자(미국시간) 온라인판에 게재됐다.  

표 면이 스마트 인공피부로 만들어진 인공 손. 투명하고 부드러운 실리콘 고무 속에 초박막 폴리이미드(PI) 수지와 실리콘 단결정 나노리본(SiNR)으로 만든 온도·습도·압력·변형 센서(노란색 선)와 인공피부를 가열하는 금(Au) 나노리본 발열체가 들어 있다.

연구진이 개발한 스마트 인공피부는 초박막 폴리이미드(PI) 박막과 실리콘 단결정 나노리본(SiNR)으로 만든 온도·습도·압력·변형 센서들과 인공피부를 가열하는 금(Au) 나노리본 발열체를 투명한 실리콘 고무 속에 배치한 구조다.  

내장 센서들은 인공피부에 닿는 물체 등의 온도와 습도, 피부에 가해지는 압력을 측정하고 피부가 늘어나는 정도도 감지할 수 있으며 발열체는 인공피부 온도를 체온 정도로 따뜻하게 해준다.  

특히 이들 센서와 발열체는 최고 50%까지 늘어난 상태에서도 정상적으로 작동, 손목 등 신축성이 좋아야 하는 신체 부위가 포함된 인공기관에서도 제 기능을 할 수 있다.

스마트 인공피부를 잡아당겨 늘인 모습. 스마트 인공피부에 내장된 에 내장된 온도·습도·압력·변형 센서와 발열체는 최고 50%까지 늘어나도 정상적으로 작동할만큼 신축성이 우수하다.

연구진이 이 인공피부를 인공 손에 적용해 각종 실험을 한 결과 손목을 구부리거나 주먹을 쥘 때, 악수를 할 때 등 피부가 30% 늘어나도 센서들이 정상 작동하는 것으로 확인됐다.

또 이 인공 손과 실제 손으로 아기 인형을 안아주는 실험에서는 적외선 카메라 촬영 결과 인공 손도 실제 손과 같은 체온으로 측정됐다. 인공 손과 접촉하는 상대방도 체온의 따뜻함을 느낄 수 있다는 의미다.  

인공피부 내 발열체가 체온과 같은 온도 유지. 인공 손과 실제 사람 손으로 아기 인형을 안아주는 실험을 하면서 적외선 카메라로 촬영한 결과 인공손과 실제 손이 같은 체온으로 측정됐다.
연구진은 또 인공피부의 센서에서 감지된 촉각 신호를 쥐의 말초신경을 통해 뇌까지 전달하는 데에도 성공했다.  

살아 있는 쥐의 말초신경과 인공피부 센서의 미세 전극을 연결한 뒤 피부에 압력을 가하면서 쥐의 뇌전도(EEG)를 측정한 결과 피부 자극으로 발생한 전극의 전기신호가 뇌까지 전달되는 것으로 확인됐다.

이는 앞으로 인공피부를 이용해 만든 손발 등 인공기관을 통해서도 외부자극을 느끼는 게 가능해진다는 것을 시사하는 것이다.

김 교수는 "세계적으로 생각으로 인공 팔을 작동하는 실험이 성공한 상태"라며 "뇌 신호로 작동하면서 외부 자극을 실제 피부처럼 느끼고 반응하는 인공피부를 가진 인공기관의 제작도 수년 내 가능할 것으로 예상한다"고 말했다.