청화대학 항공항천학원, 유성전자기술실험실 장일혜 교수 과제조는 국제 최초로 생체모방 3차원 구조를 가진 새로운 류형의 전자피부시스템을 개발했는데 물리적 수준에서 압력, 마찰력, 변형률의 3가지 력학신호를 동시에 해독하고 감지할 수 있으며 압력위치에 대한 감지 해상도는 약 0.1mm으로 실제 피부에 가깝다. 이 성과는 최근 국제 학술지 《과학》에 발표되였다.

장일혜는 피부가 력학적 신호를 민감하게 감지할 수 있는 리유는 내부에 고밀도 배렬과 3차원 공간분포를 가진 촉감감각세포가 많아 외부 자극을 정확하게 감지할 수 있기 때문이라고 소개했다. 전자피부개발에서 압력, 마찰, 변형 신호를 동시에 인식하고 해독하여 정확한 촉각인식을 실현할 수 있도록 하는 것은 매우 도전적이다.

단체는 최초로 3차원 구조의 전자피부 설계개념을 제기했다. 그들이 개발한 바이오닉 3차원 전자피부는 ‘표피’, ‘진피’, ‘피하조직’으로 이뤄졌고 각 부분의 질감은 인체 피부의 해당층과 류사하다. 센서와 회로는 피부 안에 골고루 분포되여있는데 그중 일부 센서는 피부 표면과 더욱 가까워 외부의 힘에 매우 민감한 반면 깊은 곳에 분포된 센서는 피부 변형에 더욱 민감하다.

“례를 들어 검지손가락 끝만 한 전자피부에 240개의 금속센서가 있는데 이 센서는 각각 200~300마이크로메터에 불과하기 때문에 공간적 분포가 사람 피부에 있는 촉각감각세포와 비슷하다.” 장일혜는 전자피부가 외부 물체를 만지면 내부의 많은 센서가 함께 작동한다고 말했다. 센서에 의해 수집된 신호는 일련의 전송과 추출 처리를 거친 다음 딥러닝 알고리즘과 결합하여 전자피부가 물체의 부드러움, 딱딱함, 모양을 정확하게 감지할 수 있도록 한다.