화학저널

일본 도호쿠(Tohoku) 대학 마이크로 시스템 융합 연구개발센터의 무로야마 마사노리 교수팀이 로봇의 힘을 적절하게 조정할 수 있는 촉각센서 실용화에 박차를 가하고 있다.
팔 부분 뿐만 아니라 광범위하게 초소형 촉각센서를 부착해 인간의 피부감각을 부여할 수 있는 기술로 실용화를 위해 로봇 관련기업과 협상을 시작했으며 벤처기업 설립도 검토하고 있는 것으로 알려졌다.
해당기술은 간호용 로봇 등 생활지원 뿐만 아니라 공장의 생산·물류 라인에도 응용이 가능할 것으로 기대되고 있다.
생산 및 유통현장은 최근 AI(인공지능), 기계학습에 따라 자동화가 급속히 진전되고 있으며 장기적으로는 비정형, 다품종 등을 이유로 사람이 직접 관여하던 작업까지 자동화될 것으로 예상되고 있다.
또 간호시설 등에 투입되는 로봇은 생산현장과 동일한 특징 뿐만 아니라 안전, 친절 등이 요구되고 있다.
무로야마 교수팀이 개발한 촉각센서는 학습 및 제어에 사용할 대량의 데이터를 취득하는 초소형 센서로, 미세 전자 기계 시스템(MEMS)을 이용한 3축 힘센서와 여러 센서를 제어할 수 있는 전용 대규모 집적회로(LSI)를 하나의 칩으로 만들어 생물의 감각기관 기능을 모델로 압력 및 전단력의 고정밀 감지, 역치동작, 순응 기능 등을 실현했다.
이에 따라 고정밀 다축 힘센서, 고속센서, 배선절감 등을 조합한 촉각센서 디바이스로 기술을 제안하고 있다.
신규 개발한 촉각센서는 도호쿠대학 다나카 슈지 연구실에서 축적한 MEMS 기술을 베이스로 다양한 기능의 디바이스를 탑재한 헤테로 집적화에 따라 소형화, 고밀도 실장 등을 실현해 기술적 과제를 해결했다.
촉각센서에 사용하는 플랫폼 LSI와 집적화 기술은 일본 문부과학성의 「첨단융합영역 이노베이션 창출거점 형성 프로그램」의 일환으로 민간기업과 공동 개발했다.
최대 8개 채널의 정전용량 센서 또는 아날로그 전압출력 센서에 연결할 수 있으며 여러 센서를 이용한 동시 센싱, 다축 센싱이 가능한 것으로 알려졌다. 칩 위에 온도센서와 판독회로도 내장했다.
또 여러 개를 배치할 때 배선을 절약할 수 있는 통신방식을 채용했다.
비동기로 공통 배선상의 신호를 판독하는 CDR(Clock Data Recovery) 회로를 독자 개발해 탑재함으로써 고효율 비동기 통신을 실시할 수 있는 것으로 파악되고 있다.
산업용, 간호용 로봇 외에 원자력발전소 등 과혹한 환경에서 문을 개폐하는 용도의 로봇 등으로 시장이 확대될 것으로 기대되고 있다.
특히, 산업용 로봇은 현시점에서 실현하기 어려운 것으로 여겨지고 있는 소재 구별, 소재 형태 변화에 대한 대응이 가능할 것으로 예상되고 있다.
센서는 개당 최대 1N에서 최소 1mN까지 측정할 수 있으며 면에 배치할 수 있고 샘플링 주파수가 100Hz로 응답속도가 뛰어난 것으로 파악되고 있다.
또 센서와 신호처리를 일체화했기 때문에 원하는 장소에 원하는 만큼 고성능인 센서를 배치할 수 있는 강점이 있다.
산업용 로봇 소재 시장규모를 고려하면서 LSI부터 센서와의 일체화, MEMS 실장, 모듈화까지 서플라이 체인을 구축해 사업화하는 방안을 검토하고 있다.