- 모션 센싱 장갑 개발로 국제적 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 게재

- 누구나 착용 가능, 착용자의 손동작 실시간 추적 재구성할 수 있어

- 손끝 위치 추정에서 약 4mm의 오차 기록, 세밀한 작업도 수행할 수 있을 정도

▲왼쪽부터 서울대 기계공학부 박용래 교수, 박명선 박사, 모션 센싱 장갑

서울대학교 공과대학은 기계공학부 박용래 교수팀이 최근 손가락 뼈 길이와 관절 각도를 정확하게 추정할 수 있는 신축성 장갑을 개발해 주목받고 있다고 밝혔다.

해당 연구는 세계적 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 7월 11일자로 게재됐으며, 다양한 응용 분야에서 활용될 수 있는 혁신적인 기술로 평가받고 있다.

연구의 배경 및 필요성

사람의 손은 매우 복잡한 구조와 높은 자유도를 갖고 있어 손동작을 정확히 추적하고 재구성하는 것은 매우 어려운 과제였다. 기존의 많은 연구들은 제한된 범위의 손동작만을 감지하거나 특정 손가락 위치만을 추정하는데 그쳐 실제 응용에서는 한계가 있었다. 박용래 교수팀은 이를 해결하기 위해 손의 전체적인 동작을 정확히 추적할 수 있는 새로운 접근법을 제시했다.

신축성 장갑의 혁신적 설계

이번에 개발된 신축성 장갑은 유연한 액체 금속 센서를 사용해 손가락 뼈 길이와 관절 각도를 동시에 추정할 수 있는 단일 센싱 메커니즘을 채택했다. 이 장갑은 손의 크기와 관계없이 누구나 착용할 수 있도록 설계됐으며, 착용자의 손동작을 실시간으로 추적하고 재구성할 수 있다.

주요 성과 및 응용 분야

박용래 교수팀의 연구에 따르면 이 신축성 장갑은 약 2mm의 뼈 길이 추정 오차와 5° 이내의 관절 각도 추정 오차를 보이며, 손끝 위치 추정에서는 약 4mm의 오차를 기록했다. 이는 손끝의 움직임을 거의 실제와 동일하게 재현할 수 있다는 것을 의미한다. 예를 들어 원격으로 스마트폰 화면의 아이콘을 터치하거나 텔레비전 리모컨의 버튼을 누르는 세밀한 작업을 수행할 수 있을 정도다. 이러한 높은 정확도는 원격 수술 로봇이나 휴머노이드 로봇 손의 원격 조작, 가상현실(VR) 및 증강현실(AR) 등의 응용 분야에서 잠재적인 활용 가능성을 크게 높여준다. 

▲ 개발된 장갑을 이용한 다양한 동작 추적 (위) 및 가상 환경에서의 손 모양 재구성 (아래) 예시

▲ 그림자 놀이를 이용한 개발된 장갑의 성능 시연 (좌). 장갑을 착용한 손과 실제 그림자를 가상현실에서 재 구현해서 보여줌 (우).

향후 연구 방향

박용래 교수는 “이 신축성 장갑을 통해 다양한 손동작을 정확히 추적하고 재구성할 수 있게 돼 앞으로 더 정밀한 로봇 조작과 상호작용이 가능해질 것”이라고 밝혔다. 또한 이 장갑은 로봇 공학뿐만 아니라 의료 분야에서도 중요한 도구로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구는 서울대학교와 연세대학교와의 협력을 통해 이뤄졌으며, 과학기술정보통신부와 산업통상자원부의 지원을 받았다. 논문의 주 저자인 박명선 박사는 서울대학교 기계공학부에서 지난 2월 박사 학위를 받았으며, 현재 미국 UC샌디에이고(University of California, San Diego)에서 박사후 연구원으로 재직 중이다.