DGIST 송철 교수팀, 초정밀 힘·깊이 동시 측정 가능한 광간섭 센서 시스템 개발

DGIST(총장 이건우) 로봇및기계전자공학과 송철 교수 연구팀이 초정밀한 힘과 깊이 정보를 동시에 측정할 수 있는 광간섭계 기반 센서 시스템을 개발했다. 이 기술은 미세한 힘까지 감지하면서 동시에 거리 정보를 확인할 수 있어, 향후 의료 시술과 정밀 로봇 분야에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다.

연구팀은 빛의 간섭 현상을 활용하는 '광간섭계' 기술을 응용해 센서를 만들었다. 특히, 의료영상에 쓰이는 'OCT(광결맞음 단층촬영)' 원리와 정밀 측정에 사용되는 '패브리-페로 간섭계' 원리를 결합해 새롭고 정밀한 측정 방식을 구현했다. 이를 통해 여러 개의 센서를 제작해도 성능이 일정하게 유지됨을 확인했다.

기술 검증을 위해 연구팀은 실제 돼지 눈에 실험을 진행했다. 그 결과, 센서가 달린 시술용 바늘이 눈의 공막과 망막을 정확히 뚫으면서 깊이와 미세한 힘을 동시에 감지할 수 있다는 사실을 입증했다. 또한, 시술자가 바늘을 손으로 주입할 때 속도가 일정하지 않아도 안정적으로 측정이 이뤄졌다.

또 기존에는 이런 기능을 구현하려면 탐침(프로브)이 커지고 사용이 불편했지만, 이번에 개발된 광섬유 기반 센서 시스템은 매우 작고 가벼우면서도 두 가지 기능(힘·깊이 측정)을 동시에 수행할 수 있다.

이러한 결과는 센서의 경량화와 실용화 측면에서 큰 의미를 갖는다. 앞으로 구조 개선과 소재 다양화를 통해 생체 조직은 물론 산업 현장에서도 정밀한 힘과 거리 측정이 가능할 것으로 기대된다. 이를 바탕으로 초정밀 약물 주입기, 정밀 수술용 의료기기, 차세대 로봇용 촉각센서 등 다양한 분야로 확장할 수 있다.

송철 교수는 “이번 연구 성과는 센서를 수술용 바늘에 적용해, 눈의 각막이나 망막에 작은 구멍을 안전하고 정밀하게 뚫어 시술할 수 있게 된 점에서 큰 의미가 있다”며, “특히 앞으로도 임상 적용을 위한 안전성 검증을 진행하고, 다양한 정밀 수술, 미세 조작, 힘 제어, 로봇 촉각센서 플랫폼으로 발전시켜 나갈 것”이라고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 산업통상자원부 로봇산업기술개발사업의 지원으로 수행됐으며, 연구 결과는 메카트로닉스 분야 세계적 권위의 국제학술지 'IEEE/ASME Transactions on Mechatronics'에 게재됐다.