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[사진. (왼쪽부터) 전기전자공학과 홍석규 석박통합과정생, 김현재 교수]

 

공과대학 전기전자공학과 김현재 교수 연구팀이 신체 부위에 따라 통증 민감도가 다른 통각수용기를 모방한 인공 통각 인지 시스템을 개발했다.

 

기존의 인공 통각 시스템을 모방한 연구들은 신체 전반의 통각 수용 반응을 모방하는 데 집중해 왔으며, 신체 부위에 따라 동일한 자극에도 통증의 인지 정도가 달라지는 특성을 구현하는 데에는 한계가 있었다.

 

연구팀은 이러한 차이가 신체 부위별로 활성화되는 통각 섬유의 수가 다르다는 점에서 비롯된다는 데 주목했다. 이에 활성 섬유 수의 차이가 큰 손등과 종아리를 대상으로 실제 인간이 인지하는 통증 크기의 차이를 모방해 신체 부위별 통증 인지 정도를 구분하는 인공 통각 인지 시스템을 개발했다.

[그림. 신체 부위별 통증 인지 차이를 모방한 소자의 전기적 특성 및 인공 통각 인지 시스템 개념도]

 

특히 이번 연구는 산화물 반도체인 인듐-갈륨-징크-옥사이드(IGZO) 채널과 high-k 절연체인 하프늄 산화물(HfOX)로 구성된 동일한 소자 구조에서, 절연막의 자외선 처리 시간만을 조절해 동일한 자극에 대해 서로 다른 세기의 통증을 인지하는 소자를 구현했다는 점에서 의의가 있다. 별도의 소재 변경이나 추가 공정 없이 하나의 처리 방법만으로 부위별 통증 민감도 차이를 구현한 것이다.

 

연구팀은 이렇게 제작한 소자들과 압력 센서 및 아두이노 마이크로컨트롤러를 결합해 신체 부위별 인공 통각 인지 시스템을 구현했다. 이 시스템은 동일한 압력이 인가되더라도 부위에 따라 서로 다른 통각 반응을 나타냈으며, 압력이 점진적으로 변화하는 동적인 자극 환경에서도 부위별 특성이 유지됨을 확인했다.

 

김현재 교수 연구팀은 “이번에 개발한 시스템은 신체 부위별 통각수용기를 효과적으로 모방할 수 있다”며 “향후 로봇 공학, 신경 보철, 전자 피부 등 다양한 분야에 응용될 수 있도록 연구를 확대할 계획”이라고 밝혔다.

 

이번 연구 성과는 세계적 융합 공학 학술지 ‘International Journal of Extreme Manufacturing(IF 25.1, JCR 상위 0.7%)’에 게재됐으며, 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 국가반도체연구실지원핵심기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.