- 세계적 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 논문 게재 - 가오리의 전기장 감지 능력을 모사해 주변 물체 위치와 움직임을 원격 감지

▲ (왼쪽부터) 서울대학교 선정윤 교수, 김호영 교수

 

서울대학교 공과대학(학장 이병호)은 재료공학부 선정윤 교수(연구원 이영훈 박사, 송원준 박사과정), 기계공학부 김호영 교수(연구원 정연수 박사)의 공동 연구팀이 가오리의 전기장 감지 능력을 모사하여 주변 물체의 위치와 움직임을 원격으로 감지할 수 있는 전기장 센서를 개발했다고 25일(목) 밝혔다.

가오리의 피부를 자세히 살펴보면 투명한 젤리가 채워진 작은 구멍들이 무수히 많이 존재하는 것을 확인할 수 있다. 로렌치니 기관(Ampullae of Lorenzini)으로 불리는 이 구멍들 덕분에 가오리는 주변 공간상의 전기장 변화를 감지할 수 있다. 그리고 전기장 감지 능력을 활용하여 가오리는 시각에 의존할 수 없는 상황에서도 주변 먹이의 위치와 움직임을 원격으로 감지할 수 있다.

반면, 사람은 시각에 의존할 수 없는 상황에 처했을 때 주변 물체의 위치를 감지하는데 큰 어려움을 겪게 된다. 사람은 시각이 제한된 상황에서 주로 촉각에 의존하여 물체를 감지하지만, 촉각을 이용한 방식은 감지할 수 있는 범위가 제한적이고, 원치 않는 물체와 접촉할 가능성이 높다는 단점이 있다.

그렇다면 만일 사람이 전기장을 감지할 수 있는 가오리의 능력을 갖게 된다면 어떨까?

 

▲ 가오리의 전기장 감지 능력을 모사한 전기장 센서의 모습

 

시각에 의존할 수 없는 상황에서도 전기장을 이용해 원격으로 먹이를 감지하는 가오리처럼 전기장을 이용해 주변의 물체를 원격으로 감지할 수만 있다면 사람 역시 시각이 제한된 상황에서도 보다 안전하게 활동할 수 있을 것이다. 그리고 이러한 상상을 실현시켜줄 수 있는 기술이 공동 연구팀에 의해 개발되었다. 공동 연구팀은 정전기 유도(electrostatic induction) 현상을 이용해 주변 공간상의 미세한 전기장 변화를 감지할 수 있는 센서를 개발하고, 이론적인 분석과 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 센서의 작동원리를 규명하여 성능을 최적화하였다. 공동 연구팀에 의해 개발된 전기장 센서를 이용하면 사람 역시 가오리처럼 전기장을 이용하여 주변 물체의 위치와 움직임을 원격으로 감지할 수 있게 된다.

공동 연구팀에 의해 개발된 전기장 센서의 놀라운 점은 이것뿐만이 아니다. 부도체를 통과할 수 있는 전기장의 특성을 이용하여 연구팀은 전기장 센서로 벽 뒤에서 움직이는 사람의 움직임을 실시간으로 감지하는데 성공하였다. 이러한 특성이 앞으로 전기장 센서가 재난 현장 등에서 인명구조 활동 등에 사용될 수 있는 가능성을 지니고 있음을 보여준다.

또한 공동연구팀은 보다 많은 사람들이 일상생활에서 해당 기술을 활용할 수 있도록 3D 프린터를 이용하여 피부 부착형 전기장 센서를 제작하는데 성공하였다. 제작된 센서를 착용하게 되면 착용자는 주변 물체의 위치를 소리로 전달 받을 수 있어 시각에 의존할 수 없는 상황에서도 안전하게 활동이 가능할 것으로 기대된다.

본 연구의 연구책임자인 선정윤 교수는 “전기장을 감지할 수 있는 가오리의 능력을 모사하여 주변 물체의 위치와 움직임을 감지할 수 있는 전기장 센서를 개발하였다”며, “전기장 센서를 활용하면 시각에 의존할 수 없는 상황에 처한 사람들이 보다 안전하게 주변 물체의 위치를 감지하는데 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

▲ 전기장 센서의 작동 원리

 

공동 연구팀에 의해 개발된 전기장 센서는 정전기 유도(electrostatic induction) 현상을 이용해 주변 공간상의 미세한 전기장 변화를 감지할 수 있다. 연구팀은 이론적인 분석과 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 센서의 작동원리를 규명하여 성능을 최적화하였다.

▲피부 부착형 전기장 센서를 이용해 원격으로 물체를 감지하는 모습

 

3D 프린터를 이용해 제작된 피부 부착형 전기장 센서를 착용하면 주변 물체의 움직임을 소리를 통해 전달받을 수 있다. 제작된 전기장 센서는 동적인 물체와 정적인 물체 모두 감지 가능하다.

한편, 이 연구 성과는 세계적 국제학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 11월 26일에 게재될 예정이다.

[문의사항]
서울대학교 재료공학부 선정윤 교수 / 02-880-1714 / jysun@snu.ac.kr