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연구팀이 개발한 나노 갭 압력 센서 사진 |
물기가 묻은 스마트폰 화면과 같이 간섭이 이뤄지는 환경에서도 안정적으로 작동하며, 인간 촉각 수준에 근접한 압력 센서가 개발됐다.
한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 윤준보 전기 및 전자공학부 교수팀이 스마트폰 화면에 물이 묻으면 터치가 엉뚱하게 인식되는 '고스트 터치' 등 외부 간섭 문제를 해결하면서, 고해상도로 압력을 감지하는 센서를 개발했다고 10일 밝혔다.
흔히 터치 시스템에 사용되는 정전용량 방식 압력 센서는 물방울이나 전자기 간섭, 굽힘 등 외부 간섭으로 오작동이 발생한다.
연구팀이 이런 간섭 원인을 파악한 결과, 센서 가장자리의 '프린지 필드'가 외부 간섭에 극도로 취약해 왜곡이 발생하는 것을 확인했다. 프린지 필드 억제가 근본적인 해결책이었다.
이에 연구팀은 관련 변수들을 집중 탐구해 전극 간격을 수백 나노미터(㎚) 수준으로 좁혀 프린지 필드를 수 % 이하로 억제할 수 있음을 확인했다.
연구팀은 전극 간격이 900나노미터(㎚) 수준인 나노 갭 압력 센서를 개발했다. 이 센서는 누르는 물질에 관계없이 압력만을 감지했으며 굽힘이나 전자기 간섭에도 감지 성능에 영향이 없었다.
연구팀은 또 개발 센서 특성을 활용해 인공 촉각 시스템을 구현했다. 사람 피부에는 '메르켈 원반'이라는 압력 수용기가 있어 압력을 감지하는데, 기존 기술로는 외부 간섭에 반응하지 않고 오직 압력에만 반응하는 센서 기술이 필요해 구현이 어려웠다.
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연구팀에 따르면, 비 오는 날 터치 오작동은 '프린지 필드'가 외부 간섭에 극도로 취약해 생긴 왜곡이 원인이다. |
개발 센서로 이런 제약을 모두 극복해, 무선으로 정밀한 압력 감지가 가능한 인공 촉각 시스템을 구현했다.
연구팀은 나아가 포스 터치 패드 시스템 역시 개발해 압력 크기·분포를 간섭 없이 고해상도로 얻을 수 있음을 검증했다.
윤준보 교수는 “이번 나노 갭 압력 센서는 비 오는 날이나 땀이 나는 상황에서도 기존 압력 센서처럼 오작동하지 않고 안정적으로 동작한다”며 “많은 사람들이 일상에서 겪어온 불편을 해소할 수 있을 것”이라고 말했다.
이어 “로봇의 정밀한 촉각 센서, 의료용 웨어러블 기기, 증강현실(AR) 및 가상현실(VR) 인터페이스 등 다양한 응용 분야에서 혁신적인 변화를 가져올 것”이라고 덧붙였다.
KAIST 전기 및 전자공학부의 양재순 박사와 정명근 박사과정, 유재영 성균관대 반도체융합공학과 조교수(KAIST 박사 졸업)가 제1 저자로 수행한 이번 연구는 네이처 커뮤니케이션즈에 2월 27일 출판됐다.
이번 연구는 한국연구재단 중견연구지원사업과 선도연구센터지원사업 지원을 받아 수행됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
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