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?

 

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.

 

 

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.

 

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.



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서울대 공대뉴스광장 https://eng.snu.ac.kr/node/20570

조선일보 https://www.chosun.com/economy/science/2021/12/01/YCCVX5EYWVGRPD4TESISP3JZDA/