공지사항

IT융합/기계 박성민 교수팀, ‘빛’을 이용한 센서, 재활 치료의 한 줄기 ‘빛’

Author
POSTECH AIF
Date
2024-01-05 16:45
Views
210
[박성민 연구팀, 컴퓨터 비전과 광학 센서를 통해 기존 스트레인 센서 한계 극복]

최근 국내 한 기업이 거동이 불편한 환자들의 재활을 위한 웨어러블(wearable) 로봇을 병원에 기증했다. 환자가 이 로봇을 입으면 걷거나 앉는 동작을 할 때 근육과 관절 운동에 도움을 받을 수 있다. 스마트 워치나 안경처럼 사람들이 착용하거나 피부에 부착하는 웨어러블 기기는 우리의 생활을 편리하게 만들기도 하지만 이처럼 누군가에게는 한 줄기 희망의 빛을 선물할 수도 있다.

이런 재활 웨어러블 기기에 사용되는 ‘스트레인 센서(Strain sensor)’는 특정 부위의 물리적 변화를 전기적 신호로 변형하여 정보를 분석한다. 쉽게 구부러지며, 가벼운 소재로 만든 ‘소프트(soft) 스트레인 센서’는 피부에 더 잘 부착되어 미세한 물리적 변화도 감지할 수 있다. 하지만, 기존 ‘소프트 스트레인 센서’는 온도와 습도 등 외부 요인에 취약해 내구성이 낮으며, 제조 공정이 복잡해 상용화가 어렵다는 문제점이 있었다.

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연구팀은 이번 연구를 통해 ‘컴퓨터 비전 기반 광학 스트레인(Computer Vision-based Optical Strain, 이하 CVOS)’ 센서 기술을 개발했다. CVOS 센서는 전기적 신호를 사용하는 기존 센서와 달리, 마이크로(Micro) 사이즈의 광학 패턴을 컴퓨터 비전과 광학 센서로 분석하여 변형에 대한 정보를 얻을 수 있다. 이 기술은 센서의 성능을 저하시키는 요소들을 근본적으로 배제하여 내구성을 높이고, 제조 공정을 간소화하여 센서의 상용화에 매우 유리하다는 장점을 가지고 있다.

CVOS 센서는 기존 센서들이 2축 방향만 감지했던 것과 달리 실시간 다축성 스트레인 매핑*2을 통해 3축 회전 동작까지 감지했다. 하나의 센서로 다양하고 복잡한 신체 움직임을 보는 데 성공한 것이다. 연구팀은 재활 치료용 신체 보조기에 CVOS 센서를 적용한 실험을 통해 이를 입증했다.

그리고, 이 센서는 신호 검출 과정에서 발생하는 오류를 최소화하는 인공지능(AI) 기반 응답 보정 알고리즘을 탑재해 결과의 신뢰성이 높으며, 1만 회 이상 반복된 실험에서도 우수한 성능을 유지했다.

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연구를 이끈 박성민 교수는 “CVOS 센서를 통해 다양한 방향과 각도의 신체 동작을 구분함으로써 효과적인 재활 치료가 가능하다”며, “목적에 따라 설계 지표와 알고리즘을 변경한다면 다양한 산업 분야에도 적용할 수도 있어 잠재력이 무궁무진한 기술이다”라는 말을 전했다.



1. 컴퓨터 비전
컴퓨터가 디지털 이미지나 비디오 데이터를 이해하고 해석하는 기술이다.


2. 실시간 다축성 스트레인 매핑
컴퓨터 비전 기술을 기반으로 다양한 센서와 데이터 분석 기술을 활용해 실시간으로 여러 축 방향의 변형을 지도로 시각화하는 기술이다.