인공 피부용 전자소자가 고통을 느낀다

KIST 연구진, 새로운 반도체 전자소자 개발
약한 자극엔 무뎌지고, 강한 자극엔 위험인식
인공 피부·인공 장기·휴머노이드 로봇에 활용

한국과학기술연구원(KIST) 첨단소재기술연구본부 강종윤 본부장과 전자재료연구센터 윤정호 박사팀이 인체의 신호를 모방한 전자소자 기술을 개발했다. KIST 제공

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술연구원(KIST) 첨단소재기술연구본부 강종윤 본부장과 전자재료연구센터 윤정호 박사팀이 인공피부나 휴머노이드 로봇에 필요한 고통을 느끼는 반도체 전자소자를 개발했다. 이 전자소자는 사람 피부처럼 약한 자극에 쉽게 적응하고 위험한 자극에는 고통으로 인식한다.

13일 KIST에 따르면, 이 전자소자는 인간의 신경세포와 피부처럼 약한 자극에는 점차 무뎌지게 된다. 또한 일정 이상의 강한 자극은 위험신호로 전해지게 된다.

윤정호 박사는 "이 기술을 통해 인공 피부나 인공 장기, 휴머노이드 로봇 발전에 크게 기여할 것"이라고 말했다.

우리 피부는 계속되는 약한 자극엔 쉽게 적응하지만, 강하고 위험한 자극에는 피부 조직의 손상을 피하기 위해 고통을 느끼게 된다. 이 특성은 우리 몸을 외부의 환경에 쉽게 적응할 수 있도록 도와주고, 위험한 상황으로부터 스스로 보호할 수 있도록 한다.

연구진이 개발한 전자소자는 은 입자의 양을 조절해 외부 자극 정도에 따라 뇌에 전달하는 생체 신호의 강도를 조절할 수 있다.

은 입자는 전기적 자극에 의해 쉽게 이동하는 성질을 가진다. 적은 양의 은 입자가 소자에 포함되면 나노 크기 실선 형태의 약한 필라멘트가 형성된다. 마치 백열전구의 필라멘트처럼 발열이 발생해 전기 회로가 끊어진다. 이 특성을 기반으로 반복되는 외부의 약한 자극은 시간이 지남에 따라 흐르는 전류의 양을 줄여 추가 신호를 발생하지 않도록 할 수 있다.

반면, 많은 양의 은 입자가 소자에 포함되면 두껍고 강한 필라멘트에 의해 전기 회로가 만들어지고, 열이 발생해도 쉽게 끊어지지 않는다.

이 원리를 이용해 강한 자극이 가해질 때는 지속해서 고통을 느낄 수 있도록 신호를 발생시키는 것이다.

강종윤 본부장은 "이 전자소자가 단순히 고통을 모방하는 특성을 넘어, 인체에 무해한 약한 자극에는 고통을 느끼지 않도록 쉽게 적응하고 인체에 유해한 강한 자극에는 고통을 느낄 수 있도록 한 것에 의의가 있다"고 말했다.

이번 연구결관는 재료과학 분야 국제 학술지 '어드벤스드 사이언스(Advanced Science)' 최신호에 표지논문으로 선정됐다.

[e-mail] 김만기 기자