진짜 피부처럼 뇌와 소통하는 놀라운 'E-스킨' 기술

바오 연구 그룹/스탠포드 대학교

 NADEEM SARWAR 작성 / 2023년 5월 29일

스탠포드 대학 엔지니어 팀이 외부 자극을 감지하고 전자 장치와 대화하는 대신 뇌에 공유하는 부드러운 전자 피부를 만들었다. 2차 피부 역할을 하는 신축성 전자 장치는 차세대 웨어러블 기술의 한 부분을 나타낸다. 스탠포드의 전문가들은 또한  2022년 후반에  상처 치유 과정을 CPU에 전송하는 스마트 붕대를 선보일 뿐만 아니라 손 제스처를 이해할 수 있는 정통한 스프레이 온 스킨을  시연했다. MIT 엔지니어들은 신체의 중요한 측정이 가능한 땀에 강한 전자 피부를 연구하고 있으며 Graz University of Technology의 팀은온도, 수분, 압력을 감지하는 하이브리드 스마트 스킨 소재로 돌파구를 열다. 

그러나 지금까지 모든 반복에는 한 가지 단점이 있었다. 신호를 중추신경계로 전달하는 대신 전자피부의 데이터를 칩이나 외부 장치로 전달했다. 스탠포드 연구팀이 개발한 부드러운 전자피부는 피부의 신경말단이 무언가를 느낄 때 발생하는 신경 자극처럼 온도와 압력 감각을 뇌와 직접 소통하기에 적합한 전기 신호 형식으로 변환한다.

인간의 피부 수용체를 모방

바오 연구 그룹/스탠포드 대학교

전자 피부는 수술용 장갑에 사용되는 고무로 만들어진 층 중 하나와 함께 3중 유전체 설계를 사용한다. 전기 신호는 유기 나노구조 네트워크의 도움으로 각 층을 통해 전송된다.

각 감각 층은 필요에 따라 맞춤화될 수 있으며, 인간 피부의 신경 수용체와 동일한 방식으로 작동하는 복합 구조를 형성하기 위해 섬세하게 함께 샌드위치된다. "각 전자 레이어는 두께가 수십에서 수백 나노미터에 불과하고 6개 정도의 레이어로 완성된 재료는 1마이크론 미만이다." 혁신을 문서화한 공식 릴리스에 대해 자세히 설명한다.

비교를 위해 사람 머리카락의 평균 두께는 약 70미크론이다. 그러나 두께가 1 마이크론 미만인 전자 피부는 그 취약성으로 인해 다루기가 매우 어렵다.

Bao는 "하지만 실제로는 너무 얇아서 쉽게 다룰 수 없기 때문에 이를 지지하기 위해 기판을 사용하여 전자 피부의 두께를 약 25-50마이크론(종이 한 장 두께)으로 만듭니다."라고 말했다.

앞으로의 길

Yuqing Zheng/스탠포드 대학교

목표는 피부 패치를 착용한 사람에게 해를 끼치지 않는 낮은 전압에서 작동하면서 인체의 감각 수용체와 유사하게 작동하는 소프트 집적 회로를 만드는 것이었다. 결국 엔지니어들은 실제 인간의 피부처럼 압력 및 온도 변화와 같은 외부 자극을 감지하는 데 5볼트면 충분하다는 것을 깨달았다.

이 전자 피부 는 "부드럽고 내구성 있는 형태로 인간 피부의 모든 원하는 전기적 및 기계적 특성과 감지 기능"을 통합한 최초의 제품 으로 선전된다 . 팀은 이 기술이 언젠가는 보철물에 사용되어 인간의 터치에 대한 현실적인 감각을 제공하기를 바라고 있다.

장기 목표는 자극 신호를 사람의 말초 신경계에 이식된 칩에 무선으로 전달하여 의족을 조작할 수 있도록 하는 것. Stanford의 팀은 현재 새로운 전자 피부 혁신의 감지 기능을 향상시키는 데 주력하고 있으며 언젠가는 인간의 뇌 및 기타 신체 부위와 인터페이스할 수 있기를 희망한다.

특히, 같은 팀은 현재 실리콘 기반 칩을 만드는 데 사용되는 것과 동일한 종류의 장비를 사용하여 피부와 같은 재료에 신축성 회로를 인쇄하는 방법을 보고했다.

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