재활 웨어러블 기기에 사용되는 '스트레인 센서(Strain Sensor)'는 특정 부위의 물리적 변화를 전기적 신호로 변형해 정보를 분석한다. 쉽게 구부러지며, 가벼운 소재로 만든 '소프트(soft) 스트레인 센서'는 피부에 더 잘 부착, 미세한 물리적 변화도 감지할 수 있다. 하지만 기존 '소프트 스트레인 센서'는 온도와 습도 등 외부 요인에 취약해 내구성이 낮고, 제조 공정도 복잡한다.
포스텍(POSTECH) 박성민 IT융합공학과·기계공학과 교수와 기계공학과 박사과정 홍성욱 연구팀이 컴퓨터 비전 기술을 광학 센서에 접목, 소프트 스트레인 센서의 한계를 극복하는 데 성공했다.
연구팀이 개발한 컴퓨터 비전 기반 광학 스트레인(CVOS) 센서 전기적 신호를 사용하는 기존 센서와 달리 마이크로 크기 광학패턴을 컴퓨터 비전과 광학센서로 분석해 변형에 대한 정보를 얻을 수 있다. 이 기술은 센서 성능을 저하시키는 요소들을 근본적으로 배제해 내구성을 높이고, 제조공정을 간소화해 센서 상용화에 유리하다.
CVOS 센서는 기존 센서들이 2축 방향만 감지했던 것과 달리 실시간 다축성 스트레인 매핑을 통해 3축 회전 동작까지 감지했다. 하나의 센서로 다양하고 복잡한 신체 움직임을 보는 데 성공한 것이다. 연구팀은 재활 치료용 신체 보조기에 CVOS 센서를 적용한 실험을 통해 이를 입증했다.
또 이 센서는 신호검출 과정에서 발생하는 오류를 최소화하는 인공지능(AI) 기반 응답보정 알고리즘을 탑재해 결과 신뢰성이 높다. 1만회 이상 반복된 실험에서도 우수한 성능을 유지했다.
박성민 교수는 “CVOS 센서를 통해 다양한 방향과 각도의 신체 동작을 구분함으로써 효과적인 재활 치료가 가능하다”면서 “목적에 따라 설계 지표와 알고리즘을 변경하면 다양한 산업 분야에 적용할 수도 있어 잠재력이 무궁무진한 기술”이라고 말했다.
한편, 이번 연구성과는 최근 세계 권위 학술지 'npj 플렉서블 일렉트로닉스(npj Flexible Electronics)'에 개재됐다.
포항=정재훈 기자 jhoon@etnews.com
