압력 자극부터 부위별 통증 인지까지, 사람의 통각 체계를 모사한 인공 통각 인지 시스템 . 연구재단 제공한국연구재단은 연세대학교 김현재 교수 연구팀이 별도의 소재 변경이나 추가 공정 없이 단일 후처리 기술만으로 손등과 종아리의 서로 다른 압력 통증 역치를 모사한 인공 통각 인지 시스템을 개발했다고 7일 밝혔다.
압력 통증 역치는 압력 자극이 통증으로 인지되기 시작하는 최소 자극 세기를 말한다.
기존의 인공 통각 연구는 통증의 일반적인 특성만 재현할 뿐, 신체 부위에 따라 활성화되는 통각 섬유의 수가 달라 신체 부위마다 통증을 느끼는 신경 특성이 다르다는 점을 반영하지 못했다.
손가락 끝이나 손등은 적은 자극에도 예민하게 반응하지만 종아리나 등은 상대적으로 둔감한데, 사람처럼 섬세하고 정교한 감각을 갖춘 로봇이나 신경 보철, 전자피부를 완성하려면 부위별로 달라지는 통증 인지 차이를 전자소자로 모사하는 기술이 반드시 필요했다.
연구팀은 인간의 뇌 신경세포를 모방한 인듐-갈륨-징크-옥사이드(IGZO) 산화물 반도체 채널과 전하 포획층을 갖춘 동일한 구조의 시냅스 트랜지스터를 제작했다. 이 단일 소자에 자외선(UV)을 쬐어주는 시간만 다르게 조절하는 방식으로, 별도의 복잡한 소재 변경이나 추가 공정 없이도 예민한 손등과 상대적으로 둔감한 종아리의 서로 다른 통증 민감도를 모사하는 두 가지 소자를 완성했다.
이렇게 만들어진 소자를 압력 센서 및 신호 처리 장치와 연결해 실제 압력을 인지하는 시스템을 구축한 결과, 동일한 크기의 압력 자극을 가하더라도 손등 소자는 낮은 자극에서부터 빠르게 반응하고 종아리 소자는 더 강한 자극에서 반응하는 통증 역치의 차이를 보였다.
또 자극이 계속돼도 무뎌지지 않는 무적응이나 자극 후 더 예민해지는 민감화 등 실제 인간의 복잡한 통증 인지 특성까지 재현했다.
연구팀은 개발된 소자를 압력 센서 및 신호 처리 장치와 연결해 실제 압력을 인식하는 인공 통각 인지 시스템을 구현했다.
김현재 교수는 "사람의 몸이 부위마다 통증을 다르게 느끼는 섬세한 감각 체계를 전자소자로 재현했다"면서 "후속 연구를 통해 차세대 인공 감각 시스템에 기술을 접목하고, 실제 활용 가능성을 검증해 나갈 계획"이라고 말했다.
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