초록 ▼

□ 연구개요
○ 최근 메타버스 기반 가상현실세계 구현에 대한 관심이 급증하면서 오감이 동기화된 전자 장치 및 시스템 개발이 필요해짐.
○ 오감 중 촉감은 7개의 수용체가 공간적으로 분포하여 감각을 인지 및 전달하는 방식으로 인간의 수준만큼 촉각을 전달하는 장치의 구현이 어려웠음.
○ 한편, 인간 수준의 촉각 구현을 위해서는 인간처럼 접촉된 사물의 압력과 진동 정보를 통해 미세 질감을 정교하게 처리하는 기술이 반드시 필요함.
○ 하지만 현재까지 전 세계적으로 대부분 유연 압력센서 연구를 수행하거나, 기존상용화 가

□ 연구개요
○ 최근 메타버스 기반 가상현실세계 구현에 대한 관심이 급증하면서 오감이 동기화된 전자 장치 및 시스템 개발이 필요해짐.
○ 오감 중 촉감은 7개의 수용체가 공간적으로 분포하여 감각을 인지 및 전달하는 방식으로 인간의 수준만큼 촉각을 전달하는 장치의 구현이 어려웠음.
○ 한편, 인간 수준의 촉각 구현을 위해서는 인간처럼 접촉된 사물의 압력과 진동 정보를 통해 미세 질감을 정교하게 처리하는 기술이 반드시 필요함.
○ 하지만 현재까지 전 세계적으로 대부분 유연 압력센서 연구를 수행하거나, 기존상용화 가속도계 등을 활용하여 질감 정보를 수집 및 처리하고 있어 인간 수준의 정교한 촉감 구현이 어려웠음.
○ 본 연구에서는 인간의 촉각수용체를 모방한 촉각센서를 제작하고 촉각신호에서 미세 질감에 유의한 roughness와 softness의 정보를 고민감도로 수집함. 이러한 신호를 주파수 영역에서 분석하여 feature를 추출하고 최종 머신러닝기법으로 촉각을 인지, 분류, 예측하는 시스템을 개발함. 이러한 시스템은 인간의 촉각 인지와 동일한 메커니즘으로 동작하는 방법임.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구(2021-2022 1년간 수행함)의 목표대비 결과는 다음과 같음
목표 1. 인간 피부 촉각수용체 모방 유연 촉각센서 개발
- 인간의 촉각수용체 모방 압력과 진동에 민감한 촉각센서를 각각 제작하고 인공지문구조와 결합하여 접촉된 사물의 미세질감정보를 정밀하게 수집하는 기법 개발
- 문지르는 속도에 따른 촉각센서 응답 정량화 및 주파수 영역 분석 기법 개발.
- 촉각센서와 관련된 정량적 지표들(압력민감도 > 0.5/kPa, 압력검지범위 0.01-100 kPa, 응답 시간 < 2 ms, 진동검지범위 < 500 Hz, 거칠기 검지 범위 50 –1000 μm, SNR > 10 dB)을 모두 달성하였음.
목표 2. 접촉된 사물의 질감에 의존하는 feature 추출 및 데이터베이스
- 미세 질감 인지에 중요한 factor인 거칠기와 딱딱함 성분을 정량화하는 방법을 고안하여 검증함.
- 접촉된 표면의 센서 신호를 잡음 제거, 바이어스 추정, 정규화, Feature 추출의 신호처리 과정을 통해 최종 촉각 신호 처리 기법을 개발함.
- 촉각 신호에 대해 AUC 기법을 feature의 변별력을 정량화하고 연산량 최소화 및 정확도를 향상시킴. AUC와 분류 결과와의 유의성을 선형회귀 방법으로 검증함.
목표 3. 유연 로보틱스에 적용하여 딥러닝 기반 질감 분류 및 인지 기술 개발
- 인간의 중추신경계가 촉감을 인지하는 메커니즘을 모방하여 촉각 신호를 데이터 베이스하고 머신러닝기법으로 분류 및 인지하는 시스템을 확립함.
- 인간이 약 57.83%로 분류하는 12가지 fabric에 대해 99.74%로 분류함.
- 데이터베이스 질감과 비교하여 사람과 유사하게 새로운 질감 표면을 예측함.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
○ 연구개발결과의 중요성
- 촉각센서: 인간 피부의 촉각수용체의 모든 기능과 성능을 구현한 유연 센서 개발 완료함
- 촉각 신호처리: 미세 질감 데이터 정량화, feature 추출을 위한 AUC 방법 적용 및 검증
- 촉각 인지 및 예측: 머신러닝기법을 촉각에 적용하여 다양한 사물의 질감을 분류, 인지, 예측하는 시스템의 개발, 최적화, 및 정량화
○ 연구개발성과의 관리 및 활용 계획
- 의료용으로 인공피부, 의수/의족 분야 적용 및 수술용 로봇과 수술 시뮬레이터 적용
- 가상현실세계에 적용하여 사용자가 보다 현실감 넘치는 가상현실을 경험하는 콘텐츠 제공
- 기술이전 등을 통하여 어린이용 교구 등에 적용한 산업제품 출시 희망

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구의 필요성 ... 4
• 2) 최종 연구 목표 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 7
• 1) 촉각 센서 제작 및 기본 특성 확보 ... 7
• 2) 촉각 신호 처리 기술 개발 ... 9
• 3) 유연 로보틱스 분야 적용 ... 11
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 12
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• 3) 목표 달성 수준 ... 13
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 1) 과학/의료/산업 분야 활용방안 ... 13
• 2) 기술이전에 따른 사업화 효과 ... 13
• 3) 기대효과 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 14
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 16
• 끝페이지 ... 19