KAIST와 한국전자통신연구원(ETRI) 공동 연구팀이 기존 촉각 센서의 한계를 뛰어넘는 새로운 센서 기술을 개발했다.

이번 기술은 가벼운 숨결, 압력, 소리까지 정확하고 빠르게 감지하는 데다, 높은 정밀도와 반복 내구성을 자랑해 다양한 분야에 활용될 것으로 주목받는다.

기존 센서 한계 극복한 'T3DE' 기술

23일 KAIST에 따르면 이 대학 기계공학과 박인규 교수 연구팀과 ETRI의 공동 연구는 '열성형 기반 3차원 전자 구조(T3DE)' 기술을 적용해 유연성, 정밀성, 반복 내구성을 동시에 확보한 맞춤형 촉각 센서를 구현했다. 기존 소프트 엘라스토머 기반 센서가 가진 느린 응답속도, 높은 히스테리시스, 크립 오차 등 구조적 문제를 극복하며 다양한 환경에서 정밀하게 작동하는 플랫폼으로 평가된다.

T3DE 센서는 2차원 필름에 전극을 형성한 후, 열과 압력을 가해 3차원 구조로 성형하여 제작된다. 특히, 센서 상부의 전극과 지지 다리 구조는 목적에 따라 기계적 물성을 조절할 수 있도록 설계됐다. 이를 통해 피부, 근육 등 생체조직과 유사한 수준의 영률(Young’s modulus)을 구현할 수 있어 생체 인터페이스용 센서로도 유용하다.

우수한 성능과 다양한 적용 가능성 입증

개발된 T3DE 센서는 공기를 유전체로 활용해 전력 소비를 줄이고, △민감도 5,884 kPa⁻¹ △응답속도 0.1ms △히스테리시스 0.5% 이하 △5,000회 반복 측정에서도 99.9% 이상의 정밀도를 유지하는 등 뛰어난 성능을 보였다.

연구팀은 이 센서를 활용해 운동 중 발바닥 압력 분포 실시간 시각화, 손목 맥박 측정을 통한 혈관 건강 상태 평가, 상용 음향 센서 수준의 소리 감지 실험 등에서 성공적인 결과를 얻었다.

또한, T3DE 기술은 증강현실(AR) 기반 외과 수술 훈련 시스템에도 적용되어 실제 생체조직과 유사한 강성을 구현하고, 수술 절개 시 위험 경고 기능까지 갖춘 시스템을 구현하는 데 성공했다.

박인규 교수는 “이 센서는 설계 단계에서부터 정밀하게 조절할 수 있어 다양한 환경에서 안정적으로 작동한다”며, “일상생활은 물론 의료, 재활, 가상현실 등 다양한 분야에서 쓸 수 있을 것”이라고 밝혔다.

연구결과는 세계적 권위의 학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)' 2025년 5월호에 게재됐다.