비 맞아도 오작동 없는 터치 기술 개발

국내 연구진이 물기가 묻은 스마트폰 화면과 같은 환경에서도 외부 간섭 없이 안정적으로 작동하고 사람의 촉각 수준에 가깝게 압력을 감지하는 센서를 개발했다

윤준보 한국과학기술원 KAIST 전기및전자공학부 교수 연구진은 비가 오거나 샤워 후 스마트폰 화면에 물이 묻으면 터치가

엉뚱하게 인식되는 고스트 터치 현상의 영향을 받지 않으면서도 높은 해상도로 압력을 감지할 수 있는 센서를 개발했다고 10일 밝혔다

연구 결과는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈 Nature Communications에 지난 2월 27일 게재됐다

현재 터치 시스템으로는 주로 전기장을 이용해 물체를 인식하는 정전용량 방식의 압력 센서가 쓰이고 있다

이 센서는 구조가 간단하고 내구성이 뛰어나 스마트폰 웨어러블 기기 로봇과 같은 인간-기계 인터페이스 Human-Machine Interface 기술에 활용되고 있다

하지만 물방울이나 전자기 간섭 굴곡으로 인한 굽힘 등 외부 간섭 요소에 의해 오작동이 발생하는 문제가 있었다

그 결과 센서 가장자리에서 전기장이 주된 영역 바깥으로 퍼지는 프린지 필드 Fringe Field가 외부 간섭에 극도로 취약한 것을 확인했다

연구진은 문제의 원인인 프린지 필드를 억제해야 한다는 결론에 이르렀고 이론적 접근을 통해 프린지 필드에 영향을 미치는 구조적 변수들에 대해 집중적으로 탐구했다

이를 바탕으로 전극 간격을 수백 ㎚ 나노미터 10억분의 1m 수준으로 좁힐 경우 센서에서 발생하는 프린지 필드를 수 % 이하로 억제할 수 있었다

연구진은 독자적인 마이크로 나노 구조 공정 기술을 활용해 앞서 설계한 900㎚ 수준의 전극 간격을 갖는 나노 갭 압력 센서를 개발했다

개발한 센서는 압력을 가하는 물질에 관계없이 압력만을 신뢰적으로 감지했으며 굽힘이나 전자기 간섭에도 감지 성능에 영향이 없었다

또 연구진은 개발한 센서의 특성을 활용해 인공 촉각 시스템을 구현했다

인간의 피부에는 메르켈 원반 Merkel’s disc이라는 압력 수용기가 있어 압력을 감지하는데 이를 모사하기 위해서는

외부 간섭에는 반응하지 않고 오직 압력에만 반응하는 압력 센서 기술이 필요했다

기존 기술들로는 이러한 조건을 만족시키기가 어려웠으나 연구진이 이번에 개발한 센서는 이러한 제약을 모두 극복하고

밀도 또한 메르켈 원반 수준에 도달해 무선으로 정밀한 압력 감지가 가능한 인공 촉각 시스템을 구현할 수 있었다

윤준보 교수는 이번에 개발한 나노 갭 압력 센서는 비 오는 날이나 땀이 나는 상황에서도 기존 압력 센서처럼 오작동하지 않고

안정적으로 동작하기 때문에 많은 사람들이 일상에서 겪어온 불편을 해소할 수 있을 것으로 기대한다며 앞으로 로봇의 정밀한

촉각 센서 의료용 웨어러블 기기 증강현실 AR 및 가상현실 VR 인터페이스 등 다양한 응용 분야에서 혁신적인 변화를 가져올 수 있을 것이라고 덧붙였다