[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 동일한 반도체 소자에 자외선을 쬐는 시간만 달리해 손등과 종아리가 통증을 다르게 느끼는 인간 감각 특성을 모방한 '인공 통각 인지 시스템'을 개발했다.

한국연구재단은 연세대 전기전자공학과 김현재 교수팀이 별도의 소재 변경이나 추가 공정 없이 단일 후처리 기술로 신체 부위별 통증 민감도 차이를 구현하는데 성공했다고 7일 밝혔다.

기존 인공 통각 연구는 자극에 대한 반응 등 일반적인 특성을 모사하는 데 집중해 신체 부위별 민감도 차이를 충분히 반영하지 못했다.

사람은 신경 분포밀도와 피부두께 등 신체 부위의 특성에 따라 같은 자극에도 통증을 다르게 느낀다. 사람처럼 섬세하고 정교한 감각을 갖춘 로봇이나 신경 보철, 전자피부를 완성하려면 이처럼 부위별로 달라지는 통증 인지 차이를 전자소자로 모사하는 기술이 반드시 필요하다.

이번에 연구팀은 산화물 반도체인 인듐-갈륨-징크-옥사이드(IGZO)를 채널로, 하프늄 옥사이드(HfOx)를 전하 포획층으로 활용한 시냅스 트랜지스터를 제작했다.

이어 동일한 구조의 소자에 자외선을 10분 또는 30분간 조사해 손등처럼 민감한 소자와 종아리처럼 상대적으로 둔감한 소자를 구현했다.

연구팀 관계자는 "자외선 처리시간이 길어지면 전하를 포획하는 상태가 증가하고 이에 따라 같은 자극에도 소자의 출력 전류가 달라지는 원리를 이용했다"며 "이 소자를 압력센서와 신호처리장치에 연결해 동일한 압력에서도 민감한 소자는 낮은 자극부터 반응하고 둔감한 소자는 더 강한 압력에서 반응하는 인공 통각 인지 시스템을 구현했다"고 설명했다.

특히 통증을 느끼기 시작하는 최소 자극인 역치뿐 아니라 자극이 반복돼도 반응이 무뎌지지 않는 무적응, 자극 이후 민감도가 높아지는 민감화 현상을 재현했다.

민감화에 따라 약한 자극에도 통증을 느끼는 이질통과 통증이 과도하게 커지는 통각과민의 부위별 반응 차이도 모사했으며 압력이 점진적으로 변하는 상황에서도 실시간으로 반응이 나타나는 것도 확인됐다.

이번 기술은 소재 변경이나 추가 공정 없이 자외선 처리 시간만으로 부위별 통증 민감도를 조절할 수 있다는 점에서 의미가 있다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원으로 시행된 이번 연구 결과는 국제학술지 '인터내셔널 저널 오브 익스트림 매뉴팩처링(International Journal of Extreme Manufacturing)'에 지난달 17일 온라인 게재됐다.

김현재 교수는 "인체가 부위마다 통증을 다르게 느끼는 섬세한 감각 체계를 전자소자로 재현했다"며 "사람과 유사한 감각을 갖춘 로봇과 인공 사지, 부위별 감각을 구현하는 전자피부 및 신경보철 등에서의 활용은 물론 향후 통증신호 조절용 소자로 확장도 기대된다"고 말했다.


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