한국과학기술원(KAIST) 연구팀이 땀, 각질 등 피부 상태에 영향을 받지 않고 장기간 안정적으로 작동하는 웨어러블 로봇 제어용 근전도 센서를 개발했다고 23일 밝혔다.

이번 연구는 노인, 뇌졸중 환자, 외상 환자 등의 재활치료에 활용되는 웨어러블 로봇의 제어 성능을 획기적으로 향상시킬 것으로 기대된다.

KAIST에 따르면 전기및전자공학부 정재웅 교수와 기계공학과 김정 교수 연구팀이 피부 상태에 영향받지 않는 고품질 전기 생리 신호 측정이 가능한 신축·접착성 마이크로니들(Microneedle·머리카락과 굵기와 유사한 수준의 미세한 바늘로 구성된 패치) 센서를 개발했다.

연구팀은 부드러운 실리콘 중합체 기판에 마이크로니들을 집적해 신축·접착성 마이크로니들 센서를 제작했다. 마이크로니들은 피부의 각질층을 투과해 피부 접촉 저항을 효과적으로 낮춰 땀, 이물질로 오염된 피부에서도 고품질의 전기 생리 신호를 받을 수 있다.

마이크로니들 센서는 미세한 바늘 모양의 장치로, 주로 생체 신호를 측정하거나 피부를 통한 약물 전달에 사용된다. 이 기술은 의료 분야에서 매우 유용하며, 특히 통증을 최소화하면서도 효과적인 약물 전달이나 신체 상태 모니터링이 가능한 방법으로 주목받고 있다. 이 바늘들은 일반적인 주사 바늘에 비해 훨씬 작기 때문에, 사용 시 통증이 거의 없거나 전혀 없는 것이 큰 장점이다.

다양한 재활치료에 활용되는 웨어러블 로봇이 사람의 움직임 의도를 인식하기 위해서는 몸에서 발생하는 근전도를 정확하게 측정하는 웨어러블 전기 생리 센서가 필요하다.

기존 센서들은 오래 쓰면 신호 품질이 떨어지거나 피부의 털, 각질, 땀 등의 영향을 많이 받는다. 이러한 단점은 장시간 신뢰성 높은 웨어러블 로봇 제어를 힘들게 한다.

연구팀은 사람의 움직임으로 인한 피부 늘어남에 맞춰 편안한 착용감과 함께 동작 잡음을 최소화하기 위해 부드러운 실리콘 중합체 기판을 활용, 마이크로니들을 집적해 신축·접착성 마이크로니들 센서를 제작했다.

단단한 마이크로니들이 저항이 큰 피부의 각질층을 투과해 피부 접촉 저항을 효과적으로 낮춰 털, 각질, 땀, 이물질로 피부가 오염돼도 고품질의 전기 생리 신호를 받을 수 있다.

연구팀은 실험을 통해 마이크로니들 센서 패치를 사용했을 때 피부 상태, 신체 움직임의 크기나 종류와 상관없이 안정적인 근전도 센싱을 기반으로 한 동작 의도 인식을 통해 웨어러블 로봇이 사용자의 동작을 효과적으로 보조할 수 있음을 확인했다.

한편, 마이크로니들 센서는 다양한 재료로 제작될 수 있으며, 이들은 각각의 특성에 따라 다양한 용도로 사용된다. 예를 들어, 피부 아래로 약물을 전달하는 경우에는 약물이 포함된 마이크로니들이 사용될 수 있으며, 신체의 생체 신호를 측정하는 경우에는 전기 신호를 감지할 수 있는 재료로 제작된 마이크로니들이 사용된다.

마이크로니들 센서 기술은 현재 다양한 의료 분야뿐만 아니라, 웨어러블 기기, 건강 모니터링 시스템 등에서도 활발히 연구되고 있으며, 미래 의료 기술의 중요한 부분으로 여겨지고 있다.

정재웅 교수는 "이번에 개발된 신축성이 뛰어나고 접착력을 갖춘 마이크로니들 센서는 피부 상태에 영향을 받지 않는 안정적인 근전도 센싱을 통해 보다 정확하고 안정적인 웨어러블 로봇 제어를 가능하게 함으로써, 로봇을 활용하는 환자의 재활을 용이하게 할 수 있다"고 말했다.

이 연구 결과는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스'에 최지난 17일 게재됐다. 이 연구는 웨어러블 로봇 기술의 발전에 중요한 기여를 했으며, 향후 재활 치료와 관련된 기술 개발에 큰 영향을 미칠 것으로 기대된다.