한국전자통신연구원(ETRI)이 사람의 피부에서 느끼는 촉각이나 압력을 정밀하고 정확하게 제어할 수 있는 소자기술 개발에 성공했다.

이로써 향후 로봇이나 장애인에게도 인공피부를 적용할 수 있는 길을 열었다.

ETRI는 빛의 편광현상을 이용해 통신을 할 때 수평·수직의 전기장 모두를 활용, 전송 용량을 2배 증가 시킨 1㎝x1㎝ 크기의 광소자 원천기술 개발에 성공했다고 4일 밝혔다.

이 기술은 향후 양자통신 기술과 편광 다양성 광통신 시스템 등에 적용돼 광통신 전송용량 및 속도를 획기적으로 향상시키는데 적용될 전망이다.

이번에 ETRI가 개발한 기술은 극초박막 형태 신물질인 이차원(2D) 반도체 물질 그래핀과 평면형 광회로 소자를 접목해 능동적으로 편광을 조절하는 소자기술로 연구진이 보유중인 그래핀 합성기술과 광학적 제어 원천기술이 활용됐다.

편광현상이란 빛이 진행할 때 빛의 전기장 진동방향이 한 쪽 방향으로만 존재하는 것을 말한다. 이때 그래핀을 이용해 편광소자를 만들면 전기장의 진동방향이 수평(TE)하거나 수직(TM)인 편광을 만들 수 있다.

기존 편광소자는 한 종류의 편광만을 영구적으로 결정해야 했기에 필요에 따라 수직 또는 수평 편광을 선택할 수 없었다.

이를 극복키 위해 연구진은 마이크로 광기계 시스템 기술(Micro-Opto-Mechanical Systems)을 활용, 하나의 소자에서 수평과 수직 어느 방향으로도 자유로이 선택해서 쓸 수 있는 소자를 만들어 편광선택을 가능케 했다.

편광을 다양하게 선택할 수 있는 소자를 사용한 광통신 시스템은 광신호마다 수직, 수평 편광에 각기 다른 신호를 실어 정보를 동시에 송·수신할 수 있기 때문에 전송량을 획기적으로 증가시킬 수 있다는게 연구진의 설명이다.

연구진은 마이크로 광기계 시스템을 기반으로 개발된 편광 선택 소자는 수직으로 압력을 가할 때 작동함에 따라 향후 압력 변화를 광학적으로 감지할 수 있는 ‘광학식 압력 센서’를 개발할 계획이다.

주로 전기식인 기존 압력 센서는 간섭이 심하고 정전용량(Capacitance)에 맞는 소자를 활용하면 소자가 단단해지는 문제점들이 있었다.

광소자는 전기는 읽는데만 사용하고 빛을 중간 매개체로 활용해 소자의 강도가 달라지는 것을 방지할 수 있어 연구진이 개발한 기술을 응용할 경우 인공 피부에 적용하는 것도 가능하다.

연구진에 따르면 압축이 잘 되는 고무나 스프링 등 압력 제어 물질에 광학식 압력 센서를 부착하면 누르는 정도에 따라 달라지는 광신호를 감지할 수 있어 광학식 압력 센서기술이 발전되면 향후 로봇의 인공피부나 장애인의 피부감각에 적용할 수 있다.

김승환 ETRI 바이오IT연구본부장은 "그동안 손가락이 구부러지는 곳 등은 소자를 활용하기 어려워 개발에 차질이 있었는데 광소자는 빛이 지나가는 매질만 만들면 유연한 제품도 개발이 가능하다"며 "향후 인공피부에 적용 가능토록 본격적인 연구개발을 추진할 것"이라고 말했다.