한국전자통신연구원(ETRI)은 고려대 세종캠퍼스 제어·계측공학과 안준성 교수 연구팀과 공동으로 반도체 청정 공정 시설인 클린룸 없이도 넓은 면적의 멀티모달 센서를 제작할 수 있는 인시튜(In-situ) 공정 기반의 전자 피부(electronic skin) 제작 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.
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공동연구팀이 인시튜(In-situ) 공정 기반으로 제작한 전자피부. 한국전자통신연구원 |
전자 피부는 사람의 피부처럼 압력, 접촉을 감지하는 얇고 유연한 센서다. 지능형 로봇의 정밀한 촉각 구현에 활용할 핵심 기술로 꼽힌다.
다만 기존 유연 전자 센서는 마스크 공정(Photomask Process)과 진공 증착, 식각 등의 반도체 제조 공정을 거쳐야 하는 탓에 고가의 클린룸 설비가 필수적이었다. 제작 과정이 복잡한데다 비용까지 많이 들어 실용성 측면에서 경쟁력이 낮았다.
사람과 유사한 형태의 휴머노이드 로봇처럼 넓은 표면에 촉각 센서를 부착할 때는 공정 안정성과 신뢰성을 동시에 확보해야 하는 어려움도 따랐다.
공동연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 UV 레이저와 3D 프린터를 이용해 마스크 공정 없이 센서를 제작할 수 있는 마스크리스(Maskless) 인시튜 공정 기술을 고안했다. 이 기술은 별도의 포토마스크 없이도 센서를 필요한 위치에서 바로 제작할 수 있도록 설계됐다.
이를 통해 미세다공성 유전체 기반의 대면적 정전 용량식 유연 촉각 센서 어레이를 단시간에 높은 재현성으로 구현하는 게 가능해졌다. 또 공정 단계를 획기적으로 단순화해 제작 효율을 높인 동시에 고가의 클린룸 설비 의존도를 낮춤으로써 응용 맞춤형 제작 확장성과 생산성을 동시에 확보했다.
이 기술은 제작 공정의 부담을 줄이면서 지능형 로봇 촉각 시스템, 인간-기계 인터페이스(HMI), 웨어러블 기기 등 다양한 인터랙티브 시스템에 적용 가능한 제작 환경을 구현했다는 점에서 주목받는다.
무엇보다 제작 비용 절감과 래피드 프로토타이핑(Rapid Prototyping)을 동시에 지원함으로써 로봇, 사물인터넷(IoT) 디바이스, 헬스케어 분야 등 다양한 응용 환경에 신속하게 대응할 수 있는 장점이 있다.
ETRI는 센서 소자 수준을 넘어 시스템 레벨까지 구현해 실제 로봇과 인간-기계 인터페이스 환경에서의 활용 가능성도 실증했다. 이를 통해 차세대 지능형 로봇 촉각 시스템과 인터랙티브 전자 피부 기술의 실용화 기반을 마련했다는 평가를 받았다.
김혜진 ETRI 책임연구원은 "인시튜 공정 기반의 전자 피부 기술은 대면적 유연 센서 제작에 진입 장벽을 낮추는 동시에 로봇과 인간 간 상호작용 기술 구현 가능성을 높인 핵심 기술"이라며 "향후 지능형 로봇, 웨어러블 디바이스, 인터랙티브 시스템 전반에서 적용이 가능할 것으로 기대한다"고 말했다.
한편 연구 성과(논문)는 최근 유연 전자 소자 분야 국제 학술지 '네이처 파트너 저널 플렉서블 일렉트로닉스(npj Flexible Electronics)'에 게재됐다.
대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr
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