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[홍석윤의 AI 천일야화]눈움직임으로 작동하는 로봇 렌즈 개발

유연한 소재로 만든 소프트 로봇, 금속 하드 로봇보다 활용도 더 커

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[이코노믹리뷰=홍석윤 기자] 책을 읽거나, 지도를 보거나, 또는 지평선을 향해 눈을 가늘게 뜰 때, 수정체 내부의 작은 근육들이 구부리거나 모양을 바꿈에 따라 우리 눈은 무의식적으로 그리고 즉각적으로 스스로 조절한다.

이 작은 근육 구조는, 카메라가 초점을 맞추듯이 망막을 통해 눈으로 들어오는 빛의 양을 조절하고 그것을 전기 신호로 바꿔 뇌로 전달한다.

샌디에이고 캘리포니아 대학교의 연구팀은 머지않은 미래에 우리의 안경과 콘택트 렌즈가 이러한 눈의 움직임을 읽고 반응해 렌즈의 근육에 의해 생성된 전기 신호에 실시간으로 적응할 수 있는 날이 올 것이라고 생각한다.

소프트 로보틱스(soft robotics, 유연한 소재를 활용하여 인간 생활에 필요한 로봇을 만드는 공학)의 새로운 작용을 연구하는 이 대학교의 기계항공공학 쉥키앙 카이 교수는 "사람의 눈의 움직임에 유기적으로 적응하거나 단지 눈을 깜박임으로써 렌즈를 조절할 수 있는 안경 같은 발명품들이 개발돼, 새로운 시대를 열게 될 것”이라고 말했다.

눈을 두 번 깜박이면 렌즈가 줌인(zoom in) 또는 줌아웃(zoom out)되거나 눈동자를 왼쪽, 오른쪽, 또는 위 아래로 움직이면 렌즈가 따라 움직이는 것을 상상해보라.

카이 교수팀은 최근, 우리 눈이 움직일 때 생성되는 전기 안구도 신호(electrooculographic signals)라는 전기파에 반응하는 소프트 로보틱스 프로토타입을 만들었다.

이들의 연구결과는 <어드밴스드 펑셔널 머티어리얼스>誌(Advanced Functional Materials) 최근호에 '전기 안구도 신호로 제어되는 생체 모방 소프트 렌즈'(A Biomimetic Soft Lens Controlled by Electrooculographic Signal)라는 제목으로 상세히 소개됐다.

“우리 눈이 가까운 곳이나 먼 곳을 볼 때마다 눈이 근육을 이용해 렌즈를 변형시킵니다. 우리가 개발한 소프트 렌즈는 우리 실제 눈과 매우 유사한 메커니즘, 즉 단순한 변형에 의존하지요. 반응성 폴리머(responsive polymer)로 인공 근육을 만들었는데, 전기를 전달할 뿐 아니라 실제 근육처럼 자유자재로 팽창하거나 수축합니다."

"전압을 가하면 반응이 매우 빨라 거의 즉시 반응합니다."

카이 교수는 그의 팀의 목표가 ‘인간 소프트 머신 인터페이스’(human soft machine interface), 즉 인간과 연결되거나 인간이 제어할 수 있는 로봇을 부드러운 소재로 만드는 것이라고 말했다.

   
▲ 샌디에이고 캘리포니아 대학교의 연구팀은 우리 눈이 움직일 때 생성되는 전기 안구도 신호(electrooculographic signals)라는 전기파에 반응하는 소프트 로보틱스 프로토타입을 만들었다.     출처= Cai lab/Advanced Functional Materials

로봇 전문가들은 비록 소프트 로봇공학보다는 하드 로봇공학에 대한 연구가 훨씬 더 많이 진행되고 있지만, 살아있는 유기체를 모방한 소재로 로봇을 만드는 것에는 많은 이점이 있다고 말한다.

과학 연구와 관련된 뉴스를 다루는 웹 사이트 사이언스데일리(ScienceDaily)에 따르면, “대부분의 전통적인 로봇 시스템은 하드 로봇, 즉 컴퓨터가 기능할 수 있는 금속 구조물로 구성되어 있지만, 소프트 로봇은 단단한 골격이나 전기를 사용하지 않는 재료로 만들면서도 기계적인 힘을 제공한다. 소프트 로봇은 만들기 간단하고, 하드 로봇보다 비용이 덜 들며, 복잡한 동작을 구현할 수 있으며 인간 가까이에서 사용하기에 더 안전하다."

연구원들은 소프트 로봇이 건물 잔해 더미 사이로 들어갈 수 있는 잠재 기능이 더 크기 때문에 하드 로봇보다 수색과 구조 임무에 보다 더 효과적이며, 유연한 신체 기능으로 외과 수술이나 신축성 있는 갑옷 개발 등에도 더 유용하다고 생각한다.

매사추세츠 공과대학과 하버드 대학의 연구원들도 무릎과 팔꿈치 같은 관절을 덮기 위해 고안된 새로운 형태의 유연한 인체 갑옷을 개발하고 있다. 자동차 타이어나 정원 호스를 만드는 데 사용되는 산업용 고무처럼 단단한 이 소재는 바닷가재의 관절과 복부를 덮고 있는 내구성이 강하고 유연한 막에서 영감을 얻은 것이다.

카이 교수는 그의 팀에 관한 최근의 뉴스 보도가 이 기술을 사용해 상업용 콘택트 렌즈를 거의 완성했다고 말했지만, 지난 2년에 걸친 그들의 연구가 아직 초기 단계에 있다고 말했다. 하지만 조만간 신체에 의해 발생되는 신호에 반응하는 유사한 기술이 보철기구나 소프트 로봇을 제어해 자신의 몸을 변형시켜 모양을 바꿀 수 있는 날이 올 것이라고 예상했다.

"하드 로봇을 만드는 보스턴 다이나믹스 같은 회사와 비교하면, 소프트 로봇의 분야는 아직 초기 단계에 있으며 해결해야 할 문제가 아직 여전히 많습니다. 그러나 소프트로봇의 개발로 많은 사람들에게 혜택을 줄 수 있는 보다 창의적인 아이디어와 어플리케이션을 볼 수 있게 될 것입니다.”

홍석윤 기자 syhong@econovill.com

기사승인 2019.09.13  15:00:00

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