PDF문서[ETRI 보도자료] ETRI, AI로 98% 정확도 피부부착 센서 개발.pdf

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2023.2.8.(수)

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2023-5호

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백지헌(042-860-0823)   E-mail  :  ctabk@etri.re.kr

 매수 : 보도자료 3매 (참고자료 4매, 사진자료 5매)

배포처 : ETRI 홍보실

국내 연구진이 피부의 늘어나는 크기와 방향을 동시에 정확히 측정할 수 있

는 피부부착형 스트레인1) 센서를 개발했다. 새로운 센서 구조에 인공지능(AI) 

알고리즘을 적용, 정확도와 신뢰성을 획기적으로 높여  향후 재활, 헬스케어, 

로봇의 전자피부에 널리 활용될 전망이다. 

한국전자통신연구원(ETRI)은 중앙대 연구팀과 함께 360도 전 방향에 걸쳐 늘

어나고 줄어드는 신축량과 변형 방향을 98%의 정확도로 감지할 수 있는 스트

레인 센서를 개발했다고 밝혔다. 

본 성과는 세계적  학술지‘어드밴스드  머티리얼즈(Advanced  Materials)2)’

에 지난 1월 5일자로 온라인에 게재되었다. 

기존 피부부착 스트레인 센서는 고무와 같은 신축성 소재와 그래핀, 탄소나

노튜브(CNT) 등 전도성 나노소재를 더해 신축성 전도체 채널을 만든 뒤, 채

널이 늘어나고 줄면서 변화하는 전기 저항값으로 변형의 크기를 감지했다.

1)  스트레인(Strain)  :  물체가  외부의  힘을  받았을  때  생기는  길이의  변화
2)  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adma.202208184  (IF:  32.086)  “인지적  학습망을  이용한  전방향  스트레인  센서  어레이”

ETRI,  AI로  98%  정확도  피부부착  센서  개발

- 세계 최초  구조 및 AI 기술로 신축량 전방향 동시측정
- 정확도 98%, 재활, 헬스케어, 로봇 등 전자피부 활용 전망


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하지만, 이러한 구조는 미리 정해진 특정 방향으로 가해지는 변형만을 감지

할 수 있어 같은 부위라도 상황에 따라 여러 방향으로 늘어나는 피부의 특성

을 정확히 측정할 수 없다는 한계가 있었다. 

ETRI-중앙대 연구진은 세계 최초로 늘어나는 크기와 방향을 동시에 잴 수 

있는 스트레인 센서를 제작했다. 또한, 인공신경망 구조를 이용한 AI 알고리즘

을 적용해 크기와 방향을 98% 정밀도로 예측하는 데 성공했다. 

본 기술은 사람의 피부에 부착, 인체의 움직임을 측정할 수 있을 뿐 아니라 

재활, 헬스케어, 로봇 등에 활용이 가능할 것으로 보인다. [참고 1]

본 기술의 핵심은 새로운 방향성 센서 구조다. 연구진은 일자 형태의 신축

성 전도체 채널을 늘어나지 않는 두 개의 단단한 영역 사이에 걸쳐 360도로 

늘어나는 방향에 따라 주기적인 저항 증감 특성을 나타내는 새로운 구조를 

구현해 특허출원을 마쳤다.

또한, 세 개의 센서를 서로 다른 방향으로 인접하게 배치하여 이들 신호의 

조합으로 특정 부위의 신축 방향과 변형량을 동시에 뽑아낼 수 있다. 아울러, 

다양한 센서 데이터들을 인공신경망 알고리즘을 통해 학습, 분석해 30% 신축 

범위에서 신축 방향과 변형량을 98% 정확도로 추출할 수 있었다. [참고 2]

기존에는 다양한 감각을 인지하기 위해 다량의 개별센서가 필요해 신호 해

석 시간에 따른 지연 현상을 벗어나기 어려웠다. 본 연구에서는 단일 교차반

응 센서에서 얻어진 복합신호에 인지학습을 통한 AI 알고리즘을 적용, 다양한 

감각 특성을 동시에 추출하는 방식을 보였다. [참고 3]

본 센서에 사용된 소재들은 인체에 무해한 소재로 피부부착 및 인체 각 부

위의 동작 감지에 널리 사용될 수 있다. 또한, 인쇄공정을 통해 제작이 간편

하다. 제작 단가가 낮고 제작 시간도 짧으며 일반적으로 많이 쓰이는 저가의 

소재를 사용하므로 일회용 센서로도 활용 가능하다. [참고 4] 

ETRI 플렉시블전자소자연구실 김성현 책임연구원은“연구진이 개발한 고정

확 스트레인 센서는 간단한 구조로도 피부의 복잡한 변형 양상을 정확히 측


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정할 수 있어 재활치료 및 헬스케어, 로봇, 의족/의수, 웨어러블 기기 등 전자

피부가 필요한 분야에 폭넓게 활용이 가능할 것이다”고 말했다.

중앙대 박성규 교수도 “개발된 기술은 인공지능 알고리즘을 이용하여 단순

한 센서 모듈로도 다양한 특성을 동시에 인식하고 기존 방식의 시공간적인 

제약을 탈피할 수 있는 획기적인 시도로 인공지능 기반 시스템에 두루 응용

될 수 있다”고 밝혔다.

연구진은 3년 내 상용화를 목표로 향후 본 기술을 다양한 동작 하에서 근육 

및 관절의 움직임 측정에 적용해 근골격 질환의 진단 및 상시 재활치료에 적

용할 계획이라고 전했다.

본 연구는 과학기술정보통신부“스킨트로닉스를 위한 감각 입출력 패널 핵

심 기술 개발” 과제와 “상시 근골격 모니터링 및 재활을 위한 무자각 온스

킨 센서 디바이스 기술”과제로 수행되었다. 

본 연구는 ETRI와 중앙대가 연구 책임을 맡아 성균관대학교 및 미국의 코

네티컷 주립대와 공동으로 진행했다. 논문의 제 1저자는 ETRI 플렉시블전자

소자연구실 김성현 박사와 중앙대 반도체디스플레이연구실 이준호 박사과정

생이다. <보도자료 본문 끝>


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참고1

방향과 크기를 동시에 재는 스트레인 센서

인공 신경망

분류 및 예측

인지학습을 통한 인공지능 알고리즘

기계 학습

30 % strain

θ = 0 °

8 % strain

θ = 

90 °

센서 어레이

ΔR

Stretching angle

ΔR

angle1 ΔRangle2

변형 방향

변형량

전방향(omnidirectional)

스트레인 센서 시스템

센서 1

센서 2

센서 3

ΔR

Strain intensity

ΔR

strain1 ΔRstrain2

Sensor 1
Sensor 2

Sensor 3

인장에 따른 변형량 분포

늘어나는  크기와  방향을  동시에  측정할  수  있는  스트레인  센서  형상  및  동작  개념도.  방향성

을  가지는  센서  구조와  인지학습을  통한  인공지능  알고리즘을  통해  다양한  형태의  피부  변형

을  신속하고  정확하게  측정할  수  있음.


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참고2

신축방향과 크기에 따른 스트레인 센서 특성

0

5

10

15

20

0

100k

200k

300k

 

 

R

e

si

st

a

n

ce

 

(W

)

Time (s)

S

R

S

R

Stretch

Release

Blow up

P

B

Pull

B

Blow up

P

B

Pull

B

0

2

4

6

8

10 12 14

0

100k

200k

300k

 

 

R

e

si

st

a

n

ce

 

(W

)

Time (s)

28 % 늘림

θ  = 0 °

20 % 늘림

θ  = 90 °

20 % 늘림

θ  = 360 °

신축  방향에  따라  다른  응답특성을  보이는  세  개의  센서를  서로  다른  방향으로  배치하여  이

들  신호의  조합으로  특정  부위의  신축  방향과  변형량을  360도  전방위에  걸쳐  추출할  수  있음. 


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참고3

인공지능망 AI 알고리즘을 이용한 센서 정확도 확보

Hidden layer (128)

Hidden layer2 (128)

Output layer (12,7)

Degree (0 , 15 , · · · , 90 , · · · 180 )

Strain (4%, 8%, · · · , 24%, 28%)

Input data (180)

Multi-class Multi-output

0 - 8 %

60 - 24 %

135 - 16 %

Numerous

degree - strain

45 - 28 %

180 - 12 %

90 - 4 %

단일  교차반응  센서에서  얻어진  복합신호에  인지학습을  통한  인공지능  알고리즘을  적용하여 

다양한  감각  특성을  동시에  추출하는  방식으로  기존  방식의  시공간적  제약을  탈피하고  정확도

를  높임.


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참고4

인쇄 공정을 이용한 스트레인 센서 제작방법

단단한 island 영역 형성

센서채널 형성

신호선 연결

센서 1

센서 2

센서 3

신축성 기판

신축성 코팅

인체  무해한  소재에  인쇄  기술을  이용하여  제작하므로  제작  단가가  낮고  제작  시간도  짧을 

뿐  아니라,  사용되는  소재  또한  일반적으로  사용되는  저가의  소재를  사용하므로  일회용  센서

로  사용이  가능함.