더 가볍고 똑똑한 자기수용 전자 피부

콘택트 렌즈를 착용하고 가상 현실을 탐색하거나 물속에서 스마트폰을 조작하는 것을 상상해보세요. 혁신적인 전자 스킨 덕분에 이런 일과 그 외의 일들이 곧 현실이 될 수 있습니다.

헬름홀츠-젠트럼 드레스덴-로센도르프(HZDR)가 이끄는 연구팀은 단일 글로벌 센서로 자기장을 감지하고 정확하게 추적하는 전자 스킨을 개발했습니다. 이 인공 피부는 가볍고 투명하며 투과성이 있을 뿐만 아니라 실제 피부와 뇌의 상호작용을 모방한다고 연구팀은 저널 Nature Communications에 보고했습니다.

원래 로봇공학을 위해 개발된 전자 피부는 실제 피부의 특성을 모방합니다. 로봇에게 촉각을 주거나 인간의 잃어버린 감각을 대체할 수 있습니다. 일부는 화학 물질이나 자기장을 감지할 수도 있습니다. 하지만 이 기술에는 한계도 있습니다. 기능성이 뛰어난 전자 피부는 광범위한 전자 장치와 대형 배터리에 의존하기 때문에 종종 비실용적입니다.

"이전 기술은 스마트폰 디스플레이의 터치 센서와 유사하게 자기장의 근원을 파악하기 위해 수많은 개별 센서와 트랜지스터를 사용했습니다. 우리의 아이디어는 우리의 부드러운 인간 피부와 더 비슷하고 따라서 인간에게 더 적합한 에너지 효율적인 시스템을 개발하는 것이었습니다." HZDR의 이온 빔 물리 및 재료 연구소의 데니스 마카로프가 말했습니다.

더 가볍고, 더 유연하고, 더 스마트하게

따라서 연구자들은 일반적으로 전자 장치를 탑재하는 딱딱하고 부피가 큰 기판을 두께가 몇 마이크로미터에 불과한 얇고 가볍고 유연한 멤브레인으로 대체했습니다. 멤브레인 전체가 광학적으로 투명하고 천공되어 있어 인공 피부가 공기와 습기를 투과할 수 있어 아래의 실제 피부가 호흡할 수 있습니다.

그러나 이러한 초박막은 제한된 양의 전자 부품을 수용할 수 있습니다. 이것이 새로운 전자 스킨이 자기 감응 기능 층을 특징으로 하는 이유이며, 이는 자기 신호의 기원을 정확하게 위치시키는 글로벌 센서 표면 역할을 합니다. 자기장은 재료의 전기 저항을 변경하기 때문에 중앙 분석 장치는 이러한 변화에 따라 신호 위치를 계산할 수 있습니다. 이는 실제 피부의 기능을 모방할 뿐만 아니라 에너지를 절약합니다.

인간에 가까운 감각적 경험을 위한 인공 피부

"이렇게 넓은 면적의 자기감응형 스마트 스킨은 참신한 것입니다." HZDR의 박사과정 학생이자 이 연구의 제1 저자인 파블로 마쿠슈코가 말했습니다. "개념적으로, 전자 스킨은 이제 인체와 더 비슷하게 작동합니다. 실제 피부의 어디를 만지든 신호는 항상 신경을 통해 뇌로 전달되고, 뇌는 신호를 처리하고 접촉 지점을 등록합니다.

우리의 전자 스킨은 또한 우리의 피부와 마찬가지로 단일 글로벌 센서 표면을 가지고 있습니다. 그리고 하나의 단일 중앙 처리 장치가 우리의 뇌와 마찬가지로 신호를 재구성합니다.

이는 의료용 MRI 또는 ​​CT 스캔에도 사용되는 방법인 단층촬영을 통해 가능합니다. 이는 많은 개별 이미지에서 신호의 위치를 ​​재구성합니다. 이 기술은 자기장 센서가 있는 전자 피부의 새로운 기술입니다. 이전에는 기존 자기감응 재료의 낮은 신호 대비에 너무 둔감하다고 여겨졌습니다. Makushko가 강조했듯이, 우리가 이 방법을 실험적으로 검증했다는 사실은 이 작업의 주요 기술적 성과입니다.

자기를 통해 우리 환경을 경험하다

새로운 e-스킨은 신호 경로를 원활하게 추적하여 자기 스타일러스로 쓴 디지털 패턴을 인식하는 애플리케이션, 가상 현실에서 터치리스 상호 작용, 심지어 다이빙을 할 때에도 극한 환경에서 스마트폰을 작동하는 애플리케이션을 가능하게 합니다. 종종 자기수용성 인공 피부를 착용하는 사람은 인간이 아니라 기계입니다.

동시에 자기장 센서는 기존 전자 장치보다 간섭에 덜 민감합니다. 로봇 시스템은 다른 방법이 실패하는 복잡한 환경에서도 움직임을 감지하는 데 사용할 수 있습니다. 겨울에는 사용자가 장갑 손가락 끝의 자기 패치를 통해 광학적으로 투명한 자기 센서가 장착된 스마트폰을 작동할 수 있으며 타사 전자 장치의 간섭은 없습니다. 자기감각은 나침반 역할을 하지 않지만 사람과 기계 간의 고유한 통신 채널을 제공합니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/03/250327141727.htm