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- 반도체 산업의 기술적 한계 돌파할 새로운 금속물질- 금속과 반대 특성 갖는 비정질 준금속 나노박막, 세계 최초 실험적 입증아주대 오일권 교수팀이 기존에 알려진 금속과는 완전히 다른 성질을 가진 새로운 비정질 준금속 나노 극초박막 물질을 개발하는 데 성공했다. 그동안 이론 연구로만 존재했던 미지의 물질에 대해 처음 실험적으로 입증해 낸 것으로, 앞으로 차세대 반도체의 원천기술로 활용될 수 있을 전망이다.오일권 교수(지능형반도체공학과·전자공학과) 국제 공동 연구팀은 반도체 배선 물질로 사용되는 극초박막에서 비저항이 작아지는 차세대 금속 물질을 개발했다고 밝혔다. 이 위상 준금속 물질은 박막의 두께가 줄어듦에 따라 비저항이 증가하는 기존 금속들과는 반대로, 박막의 두께가 줄어듦에 따라 비저항이 급격히 줄어드는 특성을 보인다. 해당 내용은 ‘극초박막 비정질 NbP 준금속 내 표면 전도와 전기 비저항의 감소(Surface Conduction and Reduced Electrical Resistivity in Ultrathin Non-Crystalline NbP Semimetal)’라는 제목으로 글로벌 저명 학술지인 <사이언스(Science)> 1월호에 게재됐다. 미국 스탠포드대학 전자공학과의 에릭 팝(Eric Pop) 교수· 아시르 인티자르 칸(Asir Intisar Khan) 박사가 함께 참여했다. 우리 학교 원병준 석사 졸업생(지능형반도체공학과)이 공동저자로 함께 참여했다. 아주대 연구팀은 물질 합성과 메커니즘 및 물성 연구를 수행했고, 스탠포드대 연구팀은 물질 합성과 전기적 특성 연구를 맡았다.반도체의 주요 공정 중 하나인 금속 배선(Metallization)은 반도체 칩 안에 있는 단위 트랜지스터 소재를 연결하는 공정이다. 마치 옹기종기 모여있는 마을과 마을, 집과 집 곳곳을 연결하는 도로와 같아, 수 cm 수준의 반도체 칩 한 개에 100km에 달하는 금속 배선 물질이 사용된다. 이 금속을 통해 전자가 흘러 정보를 저장하거나 연산해 하나의 칩으로 구동된다. 모든 금속은 비저항(Resistivity) 값을 가지며, 이는 물질 고유의 특성으로 알려져 있다. 그러나 수 나노미터(nm) 단위의 극초박막에서는 다른 현상이 나타난다. 반도체 소자의 크기가 줄어듦에 따라, 금속 배선의 선폭도 지속적으로 작아지는데, 이에 현재 개발된 수준의 반도체 소자는 전자가 충돌까지 걸리는 거리인 자유행정거리(Electron Mean Free Path, EMFP) 보다도 선폭이 작아진 상황에 놓였다. 때문에 미세화된 배선에서는 전자가 부딪칠 확률이 높아지고, 결국 비저항 값이 비약적으로 상승하게 된다. 이에 반도체 소자의 미세화에 발맞춰 더 낮은 비저항을 갖는 금속 물질을 찾는 것이 산업계와 학계의 화두다. 반도체의 금속 배선 물질로 주로 사용되어온 구리(Cu)뿐 아니라 최근 구리를 대체하는 물질로 제시되어 온 몰디브데넘(Mo) 또는 루테늄(Ru) 등의 물질 역시 한계를 보이고 있다. 이 물질들 역시 특정 두께 이하에서는 비저항이 급격히 증가하는 특성을 가지고 있어, 당장은 구리를 대체할 수 있다고 해도, 결국에는 또 다른 신물질이 필요한 상황이다. 아주대 공동 연구팀이 개발한 새로운 비정질 준금속 나노 극초박막 물질을 설명하는 그림. 사파이어 결정층(갈색)과 Nb 결정층(주황색) 위에 NbP 비정질층(보라색)이다.이미지 출처 <사이언스(Science)>이에 더해 특정 물질을 새로이 반도체 공정에 도입하기 위해서는 수 백억원에서 수 조원 단위의 투자금이 소요되기에 월등한 성능을 가진 물질에 대한 수요가 높을 수밖에 없다. 아주대 연구팀이 세계 최초로 개발한 위상 준금속 물질은 기존 금속들과는 정반대로 극초박막에서 비저항이 오히려 작아지는 특성을 보인다. 또한 현재 반도체 공정에 적용할 수 있을 정도로 호환성이 월등하다. 성장 온도가 400도 미만의 저온이며, 일반적 금속이 가지는 결정질의 단결정이나 다결정 형태의 박막이 아닌, 비정질 형태의 박막임에도 비저항 역행 현상이 나타나기 때문이다. 대부분 금속의 경우 비정질이 아닌 결정질 형태가 전자를 수송하기에 용이하고 비저항도 훨씬 낮다고 알려져 있다. 이에 반도체 배선 공정에서도 다결정 형태의 금속 박막을 이용하고 있다. 비정질을 결정질 형태로 만들기 위해서는 금속 박막을 증착한 후, 고온에서의 열처리 후속 공정이 필요하다. 그러나 아주대 연구팀이 새로 개발한 물질은 비정질 물질로 별도의 고온 공정이 필요하지 않다. 즉 새로운 준금속 물질은 적은 비용으로 쉽게 구현할 수 있는 비정질 형태이며 저온 공정이 가능하다는 점에서, 반도체 배선 물질에 실제 활용하기 위해 가장 큰 문제가 되는 두 산을 넘었다는 의미를 가진다. 아주대 연구팀은 이에 대한 후속 연구로 원자층 증착 공정 기반의 위상 준금속 공정을 개발하는 중이다. 원자층 증착법은 물리 기상 증착법에 비해 원자 단위로 박막의 두께를 조절할 수 있어 미세화에 더 적합하다. 이에 상용화에 더 가까운 기술로 평가받고 있다. 오일권 아주대 교수는 “과학자로서 ‘왜?’라는 호기심을 놓치지 않고 꾸준히 새로운 분야에 대한 연구를 이어왔다”며 “그동안 시도된 적 없는 연구를 통해, 완전히 새로운 물질에 대해 처음으로 실험적으로 입증해 냈다는 점에서 의미 있는 성과”라고 전했다. 오 교수는 이어 “이번 연구를 통해 확보한 신개념 금속 물질은 한계에 직면한 미래 반도체 기술의 돌파구가 될 수 있다”라며 “미래 반도체 산업의 주도권을 선점할 원천기술로 활용될 수 있을 뿐 아니라, 응용 가능성이 무한하다”라고 덧붙였다. 이번 연구는 한국연구재단 우수신진연구와 아주대학교 신임 교원 정착연구비 지원을 받아 수행됐다.연구 내용을 설명하는 오일권 아주대 교수아주대 클린룸에서 준금속 웨이퍼 제작 공정을 설명하는 오일권 교수(사진 왼쪽)* 제일 위 사진 - 아주대 오일권 교수팀이 개발한 새로운 비정질 준금속 나노 극초박막 물질을 적용한 반도체 소자. 반도체 소자의 미세화에 따라 더 낮은 비저항 금속 물질을 필요로 하는 반도체 업계에서, 미래 기술을 선도할 새로운 원천기술로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. # 영상 바로가기
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- 작성일2025-01-20
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우리 학교 서형탁 교수팀이 우수한 전기화학적 특성을 가진 복합 나노 신소재를 개발했다. 이 신소재는 미래 에너지 저장 기술인 슈퍼 커패시터와 수소 생산용 양극에 모두 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 서형탁 교수(첨단신소재공학과·대학원 에너지시스템학과, 사진 왼쪽)는 전기화학적 활성이 탁월한 니켈, 바나듐, 코발트 셀레나이드(Co(M)-NiSe₂–VSe₂)의 사성분계 2차원 나노시트 소재를 개발했다고 밝혔다. 관련 연구 내용은 ‘배터리 타입 슈퍼 커패시터와 산소 생성을 위한 동시 합성 Co(M)-NiSe₂–VSe₂에서의 도너 도핑 시너지 효과(Synergistic Effect of Donor Doping on in-situ Synthesized Co(M)-NiSe₂–VSe₂ for Battery-Type Supercapacitor and Oxygen Evolution)’라는 제목으로 화공분야 저널인 <케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)> 온라인 최신판에 게재됐다. 이번 연구에는 아주대 카디르 시알(Qadeer Akbar Sial) 박사(공학연구소 전임연구원, 사진 오른쪽)가 제1저자로 참여했다.슈퍼 커패시터(Super Capacitor)는 지속 가능한 미래 에너지 활용에 핵심적인 역할을 하는 에너지 저장기술로 전기차, 휴대용 전자 장치 및 재생 에너지 시스템과 같이 빠른 에너지 저장 및 고전력 전달이 필요한 응용 제품에 활용된다. 기존의 이차전지와 달리 빠르게 충전 및 방전할 수 있고 수명이 길며 안전성이 높아, 신뢰도가 높은 고효율의 에너지 저장 솔루션이다. 필요할 때 폭발적인 전력을 공급해 배터리를 보완하는 슈퍼 커패시터는 에너지 시스템의 성능을 최적화해 재생 가능 에너지원으로의 보다 원활한 전환에 꼭 필요하다. 한편 수소를 핵심 에너지원으로 사용하기 위해 필수적인 부분인 ‘청정 수소’ 생산은 효율적인 물 전기 분해를 통해 수소와 산소를 생산하는 수전해(水電解) 기술을 통해 가능하다. 온실가스인 이산화탄소 발생 없이 수소 에너지를 얻을 수 있는 이 기술을 이용하면 태양광, 풍력, 수력, 지열 등의 재생에너지를 활용해 물을 분해할 수 있다. 그 과정에서 전기화학적 고효율로 물을 수소와 산소로 전환하기 위해서는 높은 전기화학 활성과 장시간 반응 안정성을 지닌 전극의 구현이 필요하다. 아주대 연구팀은 니켈, 바나듐, 코발트 셀레나이드(Co(M)-NiSe₂–VSe₂)를 꽃 모양의 나노시트 구조로 결합한 획기적인 2차원 나노 소재를 개발했다. 연구팀은 이 소재가 하이브리드 슈퍼 커패시터 및 수전해 산소 발생 반응에서 동시에 탁월한 성능을 발휘함을 확인했다. 연구팀은 코발트를 사용한 전자 공여체 도핑 전략을 통해 만든 소재를 슈퍼 커패시터 소자에 적용, 기초 소재 수준에서 준수한 전력 밀도를 가짐을 확인했다. 또 38.73Whkg⁻¹의 고에너지 밀도로 기존 상용 소자 특성 대비 약 90% 이상의 성능 향상을 달성했다. 이 소재는 1만회의 충·방전 반복 사이클 후에도 정전 용량의 90% 이상을 유지해 탁월한 전기화학적 안정성을 보여줬다. 아주대 연구팀이 개발한 2차원 나노 신소재에 대한 설명. 우수한 전기화학적 특성을 지니고 있어 미래 에너지 저장기술인 슈퍼 커패시터와 수소생산용전극에 모두 활용될 수 있을 것으로 기대된다연구팀은 또한 수전해의 산소 생성 반응을 위해 양전극에 새로 개발한 소재를 적용, 물 분해 전극 소재로서 높은 성능을 가짐을 확인했다. 단위 제곱 센티미터 면적당 10mA 기준 전류 밀도에서 199mV의 과전위와 전류밀도 10배 상승당 28mV의 Tafel 기울기를 기록한 것. 과전위는 물을 분해하기 위해 필요한 잉여 전위값으로 과전위가 낮을수록 물 분해에 유리하다. 전류밀도의 Tafel 기울기는 전기화학 반응의 속도를 측정하는 값으로 낮을수록 반응이 빠르고 효율적임을 보여준다. 연구팀은 이러한 전기화학적 특성이 불순물 첨가 기술인 코발트 도핑의 시너지 효과 덕분임을 규명했고, 코발트 도핑은 물질의 전자 띠 구조를 변경하고 전하 전달을 위한 추가 활성 전자 구조를 제공해 소재의 전기화학적 활성을 크게 증가시킴을 밀도 함수 이론(DFT) 계산으로 확인했다. 연구 책임을 맡은 아주대 서형탁 교수는 “이번에 개발한 소재는 우수한 전기화학 및 촉매 성능을 가진데다 장기 반응 안정성 역시 높다”며 “높은 에너지·전력 밀도와 탁월한 반복 사이클 특성이 필요한 전기차 및 그리드 시스템의 차세대 에너지 저장 시스템에 적용될 수 있을 것”이라고 설명했다. 서 교수는 이어 “에너지 저장 외에도 수소 생산용 수전해 장치의 산소 발생 반응(OER)을 위한 전기화학 촉매 전극으로의 활용도 기대된다”며 “앞으로 소재 상용화를 위한 후속 연구를 이어갈 것”이라고 덧붙였다.
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- 작성일2025-01-15
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물리학과 이형우 교수팀이 근적외선 광검출기의 광검출 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 방법을 개발했다. 이에 앞으로 야간 투시와 보안, 바이오 메디컬 분야 등에서 널리 활용될 수 있을 전망이다.이형우 교수(물리학과∙대학원 에너지시스템학과, 사진 왼쪽)는 SrRuO3/LaAlO3/Nb-doped SrTiO3(SRO/LAO/Nb:STO) 이종접합에서 수 원자층 수준 계면 제어를 통해 근적외선 광검출 성능을 혁신적으로 향상시키는 방법을 개발했다고 밝혔다. 해당 내용은 ‘원자 규모 계면 제어를 통한 복합 산화물 이종접합 기반 근적외선 광검출(Atomic-Scale Interface Modification in Complex Oxide Heterojunctions for Near-Infrared Photodetection)’이라는 제목으로 <ACS nano> 12월호에 온라인 게재됐다. 가천대 엄기태 교수와 한국과학기술원(KAIST) 양용수 교수팀이 함께 연구에 참여했다. 아주대 대학원 석사과정의 유상혁 학생은 제1저자로 함께 했다. 광검출 기술은 입사 광자를 전기 신호로 변환하는 반도체 분야 기초 기술 중 하나로, 다양한 광전자 응용 분야에서 중요하게 활용되고 있다. 특히 근적외선 광검출기는 ▲야간 투시 ▲보안 ▲의료 진단 - 바이오 메디컬 이미징 등 여러 분야에 활용될 수 있어 많은 관심을 받고 있다. 근적외선(Near-Infrared, NIR) 광검출은 파장이 대략 850nm~ 155nm 인 빛을 검지하는 기술이다. 눈에 보이는 가시광선 영역이 아니기 때문에 일반적으로 제어가 어렵고, 더욱이 장파장 영역이라 에너지가 낮아 정밀하게 검출하는 데에 어려움이 있다. 반면, 근적외선 빛은 가시광선에 비해 다른 물질 속으로 더 깊이 통과할 수 있으며, X선이나 UV처럼 부작용을 유발하지 않기 때문에 다양하게 응용될 수 있다. 또한, 장파장 빛인 만큼 산란이 적고 더 먼 거리까지 정보를 전달할 수 있다는 장점이 있어, 정밀 측정만 가능하다면 ▲광섬유 네트워크 통신 ▲생체 조직 내 바이오 이미징 기술 ▲야간 감시 장비 및 야간 적외선 시각화 ▲얼굴 인식 및 보안 분야 등에의 적극적인 활용이 가능하다.a. SRO/LAO/Nb:STO 기반 근적외선 검출 소자의 모식도 b.해당 소자를 이용한 광검출 측정 모습 c. 광검출 중 소자의 온도 변화 측정 결과: 온도 변화가 미미함을 통해 일반적인 열전자 기반의 광검출 방식이 아님을 입증했다현재 활용되는 대부분의 근적외선 광 검출 기술은 실리콘 또는 수은-카드뮴-텔루라이드(HgCdTe) 등의 II-VI 화합물 반도체를 이용한다. 하지만 실리콘의 경우 낮은 흡수 계수로 인해 근본적 성능 한계가 존재하며, HgCdTe화합물 반도체의 경우 낮은 재료 균일성과 화학적 불안정성이 문제로 남아있다. 이러한 한계를 극복하고자 쇼트키(Schottky) 접합 기반의 근적외선 광 검출기가 주목받기 시작했다. 여기에 활용되는 복합 산화물 이종구조는 쇼트키 장벽과 내부 전위 프로파일을 정밀하게 조정할 수 있어 매우 유망한 전자 소재로 볼 수 있다.아주대 연구팀은 극성(Polar) 단층 LAO를 삽입해 계면에서 쇼트키 장벽을 최적화해 근적외선 광(파장 850nm) 조사 시 ~1.1 mA/W의 높은 감응도를 유지하면서, 암전류(dark current)는 수 pA 수준으로 억제할 수 있었다. 이러한 원자층 수준 계면 제어를 통해 감응도를 최대 1371%까지 향상시키는 데 성공했으며 지속성 광전도성(Persistent photoconductivity, PPC)을 통해 광전도의 점진적인 제어가 가능함을 입증했다. 이 같은 성능 향상은 계면에 삽입한 극성 LAO층을 이용해 터널 장벽의 높이와 폭을 근적외선 검출에 적합한 형태로 제어했기 때문이다. 연구팀은 또 추가로 개발한 SRO/LAO/Nb:STO 기반 광소자를 이용해 근적외선 광신호의 공간 이미징 및 신경 모방 소자 구현 가능성을 실험적으로 입증했다. 이형우 교수는 “이번 성과를 통해 복합 산화물 이종구조 기반의 고성능 근적외선 광 검출기 개발이 가능해질 것”이라며 “관련 광전자 응용 분야에서 산화물 이종접합이 매우 큰 잠재력을 가지기에 야간 투시나 보안, 바이오 메디컬 이미징 등의 분야에서 널리 활용할 수 있을 것으로 본다”라고 말했다. 이번 연구는 교육부 주관 대학기초연구소(G-LAMP) 사업과 한국연구재단의 우수신진연구, 기초연구실지원사업(BRL)의 지원을 받아 수행됐다.아주대 연구팀이 개발한 소자로 광검출 중인 모습
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- 작성일2025-01-10
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- 미세 변형 측정 가능, 뇌혈관 질환∙건축물 구조적 이상 등 모니터링에 활용 기대- <사이언스 어드밴시스(Science Advances)> 게재우리 학교 기계공학과 강대식 교수가 참여한 연구팀이 세계 최고 수준의 민감도를 가진 변형률 센서를 개발했다. 이 센서는 생체 환경에서 높은 활용도를 가져 생체공학 및 의료기기 분야에 널리 적용될 수 있을 전망이다. 강대식 교수(기계공학과, 사진)는 서울대 재료공학부 강승균 교수팀, 단국대병원, 미국 퍼듀대 연구팀과 함께 미세균열과 메타구조의 독창적 결합을 통해 초민감 유연 신축성 센서를 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 해당 센서로 뇌혈관의 혈압 및 혈류를 연속적으로 측정, 뇌졸중을 실시간으로 진단하는 기술을 구현해냈다. 이번 연구 성과는 <사이언스 어드밴시스(Science Advances)>에 12월20일 온라인 게재됐다. ‘변형률 센서(Strain Sensor)’는 재료나 구조물의 표면에 부착해 변형률을 측정하는 장치다. 변형률(Strain)은 외부에서 힘이나 하중이 작용했을 때 물체가 원래의 길이나 부피 보다 얼마나 변형되었는지를 나타낸다. 신축성이 높은 유연 변형률 센서는 전도성 재료의 전기저항 변화를 기반으로 특정 물체의 변형이나 생체 신호를 감지한다. 그러나 기존에 이용되어 온 변형률 센서는 측정가능한 민감도가 제한적이었다. 10⁻³ 이하의 미세한 변형률을 측정할 때 성능이 급격히 저하되는 것. 사람을 사망에 이르게 하는 뇌출혈이나 뇌경색 같은 뇌혈관 질환은 10⁻³ 미만의 초미세 변형을 동반하며, 건축물에서의 구조적 이상은 10⁻⁵~10⁻³ 수준의 표면 변형을 동반한다. 그림 왼쪽이 메타구조-균열 통합 기반 초고민감 변형률 센서 오른쪽은 메타-균열 센서를 구성하는 균열이 포함된 박막과 메타구조공동 연구팀은 음의 푸아송 비율(Poisson’s ratio, 수평 방향의 변형률을 수직 방향의 변형률로 나눈 비율)을 가진 메타구조를 도입, 기존 센서 대비 최대 100배 이상 민감도가 높은 새로운 유연 신축성 변형률 센서를 개발하는 데 성공했다. 이 센서는 10⁻⁵ 수준의 극미세 변형까지 측졍할 수 있다. 사람의 머리카락에서 원자 하나만큼의 길이가 늘거나 주는 수준의 극미세 변형까지 측정 수 있게 된 것. 연구팀은 실제 빵에서 피어난 곰팡이 균사에서의 접촉(10⁻⁵ 수준 변형률)을 실시간 감지, 미생물 성장 과정에서 보이는 극미세 변형도 모니터링 가능함을 확인했다. 연구팀은 또한 새로 개발한 센서를 두개골 내부 뇌혈관 표면에 부착, 혈압과 혈류 변화를 실시간 모니터링하는 데 성공했다. 뇌출혈이나 뇌경색 같은 뇌혈관계 질환이나 심혈관계 질환을 조기에 진단하고, 정밀한 의료 데이터를 확보할 수 있게 된 것이다. 센서는 생분해성 소재가 사용되어 인체 내에서 자연 분해되기 때문에 환자에의 적용이 안전하다. 이번에 개발한 센서는 의료 분야 뿐 아니라 로봇 공학이나 재난 구조, 환경 모니터링 등 다양한 분야에서 응용될 것으로 연구팀은 기대하고 있다. 위 사진 왼쪽 - 개 뇌 모델 혈관 표면에서의 생체 신호 모니터링 모식도. 위 오른쪽 이미지는 혈관 다발 표면에서의 초민감 혈압 변화 모니터링 현황을 보여준다. 아래는 실시간 혈류 변화 모니터링 모습
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- 작성자통합 관리자
- 작성일2025-01-09
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우리 학교 김의겸 교수 연구팀이 전방위 물체 조작이 가능한 고성능 로봇 손을 개발했다. 정밀한 접촉력을 측정할 수 있는 손가락 끝 촉각 센서도 함께 개발해 로봇 산업 분야에 널리 활용될 수 있을 것으로 보인다. 기계공학과 김의겸 교수팀은 다양한 방식으로 물체를 쥐거나 조작할 수 있는 고성능 로봇 그리퍼(Robot Gripper)와 정밀한 접촉력 측정이 가능한 촉각센서를 개발했다고 밝혔다. 해당 연구는 ‘전방위 물체 조작이 가능한 다자유도 산업용 로봇 그리퍼(INDEX Gripper: Industrial Dexterous Robotic Gripper Capable of All-Orientational Object Manipulation)’라는 제목으로 <IEEE-ASME 트랜색션스 온 메카트로닉스(IEEE-ASME Transactions on Mechatronics, JCR MECHANICAL ENGINEERING 부분 상위 5.2%)> 12월호에 게재됐다. 그리퍼 촉각센서에 대한 내용은 ‘정밀한 접촉력 측정이 가능한 손가락 끝 촉각 센서(Tactile Sensor Integrated Fingertip Capable of Detecting Precise Contact Force for Robotic Grippers)’라는 제목으로 <IEEE 트랜색션스 온 인더스트리얼 일렉트로닉스(IEEE Transactions on Industrial Electronics, JCR INSTRUMENTS & INSTRUMENTATION 부분 상위 2%)> 10월호에 실렸다. 이번 연구에는 아주대 기계공학과 김의겸 교수가 교신저자로, 이유성·박정화 학생(석박사 통합과정)이 제1저자로 참여했다. 두 논문의 공동 교신저자로는 한국기계연구원의 박동일 박사와 아주대 기계공학과의 최정일 교수가 함께 했다.왼쪽부터 김의겸 아주대 교수, 박동일 한국기계연구원 박사, 최정일 아주대 교수, 이유성 학생과 박정화 학생(석박사 통합과정)3지 형태의 로봇 손인 로봇 그리퍼(Robot Gripper)는 그동안 잡거나 놓는(pick and place) 수준의 작업만을 수행할 수 있었다. 신뢰할 수 있는 제어성과 견고함을 확보하기 위해 제한적으로 설계해야 하기 때문이다. 아주대 연구팀은 이 같은 제어성과 견고함을 유지하면서도 평행 잡기(parallel grasp), 정밀 잡기(pinching grasp), 감싸 잡기(enveloping grasp)와 같이 다양하게 물건을 쥘 수 있는 기능을 구현해 내는 데 성공했다. 더 나아가 물체의 방위를 손안에서 변경(in-hand manipulation)하거나 공구를 조작(Tool manipulation)하는 기능까지 가능한 로봇 손을 개발했다. 연구팀은 이를 위해 병렬 및 직렬 구조 기반의 새로운 링크 메커니즘을 개발, 기존에 개발된 메커니즘보다 높은 구동 자유도를 확보했다. 또한, 견고한 구동계 및 구조 설계를 통해 높은 파지(把持)력을 확보했다. 아주대 연구팀은 더불어 로봇 손끝에 결합할 수 있는 그리퍼 끝단 센서를 개발했다. 이 센서를 활용하면 물체가 어떻게 잡히고 조작되는지를 실시간으로 모니터링할 수 있다. 이 센서는 로봇과의 결합이 용이하고, 높은 공간 해상도(0.1mm 이하)와 분포 하중 측정 기능을 포함하고 있다. 이러한 특징은 센서가 정확하게 접촉력을 측정하고, 로봇이 섬세하게 조작할 수 있도록 제어하는 데 도움을 준다. 연구팀은 높은 공간 해상도를 확보할 수 있는 보정 알고리즘을 센서에 적용, 해당 기술을 개발할 수 있었다. 새롭게 개발한 센서와 로봇 손을 활용하면 휴머노이드 로봇이나 산업용 로봇의 끝단 장치(end-effector)로 장착해, 기존에 수행이 어려웠던 작업들을 하나의 그리퍼 플랫폼에서 수행할 수 있다. 예를 들어, 기존에는 로봇 그리퍼로 전구와 같은 물체를 단순히 잡고 놓는 작업만 가능했으나 새로 개발한 그리퍼는 전구의 방향을 조작해 원하는 방향으로 돌리고 전구를 끼워 설치하는 작업도 수행할 수 있다. 또한 볼트와 같은 작은 물체를 돌려서 빼고 방향을 맞춰 구멍에 끼우는 작업(peg-in-hole)뿐 아니라, 드라이버를 잡고 조작해 볼트를 조이는 작업까지도 가능하다. 특히 그리퍼 끝단 센서를 활용하면 물체가 어떻게 잡히고 조작되는지를 실시간으로 모니터링할 수 있어, 자동화 제어에 활용될 수 있다. 아주대 김의겸 교수는 “인간의 손 모양을 본떠 만든 인간형 로봇손은 특수한 제어방법론이 필요해 아직 산업 현장에서 직접 활용하기가 어려운 상황”이라며 “이번에 개발한 다자유도 그리퍼는 작업 범위가 매우 넓고 명확한 기능성을 가지고 있어 로봇 신산업 개척에 중요한 의미를 가진다”라고 전했다. 이번 연구는 산업통상자원부 로봇산업핵심기술개발사업과 한국연구재단 우수신진연구사업의 지원을 받아 수행됐다. 김의겸 교수팀은 고성능 그리퍼 기술과 로봇용 촉각 센서 기술을 꾸준히 연구해 나갈 계획이다. 김의겸 교수팀이 개발한 로봇 그리퍼 모습. 물체를 정밀하게 잡고, 드라이버를 잡고 조작해 볼트를 조이며, 전구를 원하는 방향으로 돌려서 설치할 수 있다* [영상보기] 김의겸 교수팀 개발 그리퍼 & 센서의 실제 구동 모습☞Dexterous Robotic Gripper for Grasping Various Objects and In Hand Manipulation Tasks☞Tactile Sensor Capable of Detecting Precise Contact Force for In-Hand Manipulation
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- 작성자통합 관리자
- 작성일2025-01-06
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