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[IT뉴스]로봇 손끝 감지하는 초소형 3축 자기 센서

온카뱅크관리자

2026-10-06 13:47:26

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 한국기계연구원 
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 국내 연구팀이 정밀한 움직임이 요구되는 수술용 로봇 등에 적용할 수 있는 초소형 3축 자기센서를 개발했다. 게티이미지뱅크 제공
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 국내 연구팀이 정밀한 움직임이 요구되는 로봇 손끝이나 의료기기 등에 적용할 수 있는 초소형 3축 자기 센서를 개발했다.
 한국기계연구원(기계연)은 오선종 AI로봇연구소 바이오기계연구실 책임연구원이 이끈 연구팀이 x·y·z 세 방향의 자기장을 동시에 측정할 수 있는 센서를 개발했다고 6일 밝혔다. 연구결과는 6월 13일 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈'에 게재됐다. 
 통상 로봇은 자석을 활용해 3차원 공간에서 자신의 움직임을 감지한다. 로봇 손가락이나 관절 등 움직이는 부분에 부착한 자석이 움직이면서 주변 자기장의 형태가 달라지는 양상을 자기장 센서로 측정하는 방식이다. 
 3차원 공간에서 자기장 변화를 감지하려면 x·y·z 세 방향의 자기장을 측정해야 한다. 기존 평면 센서로는 좌우와 앞뒤 방향인 x·y방향 자기장만 측정할 수 있고 센서 표면에 수직인 z방향 자기장을 측정하기는 어렵다. z방향 자기장을 측정하려면 x·y 평면에 수직인 별도의 센서를 설치해야 한다.
 연구팀은 자기장의 방향을 바꿔주는 ‘플럭스 가이드’를 센서 위에 형성해 문제를 해결했다. 외부 자기장이 사라지면 자성도 함께 사라지는 초상자성 나노입자로 만든 플럭스 가이드가 수직으로 들어오는 자기장을 센서가 측정할 수 있는 평면 방향으로 유도해 하나의 센서로 세 방향의 자기장을 모두 측정하는 원리다.
 오 책임연구원은 "수직 센서를 별도로 설치하지 않고 평면 센서로 x·y·z 세 방향의 자기장을 모두 측정할 수 있다는 점이 이번 연구의 차별점"이라면서 "평면 센서 하나만 활용하므로 센서의 두께가 얇아 웨어러블 기기에 활용하기 용이하다"고 말했다. 
 연구팀이 개발한 초소형 3축 자기 센서의 z축 자기장 감도는 기존 대비 약 3배 높으며 수직 자기장을 센서가 측정할 수 있는 방향으로 바꾸는 자기장 변환 효율도 최대 40%까지 향상했다. 
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 <img alt="한국기계연구원 연구팀이 개발한 초소형 3축 자기 센서. 한국기계연구원 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/06/dongascience/20261006133949336izuh.png" data-org-width="461" dmcf-mid="FdFk2WJ6Jz" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/06/dongascience/20261006133949336izuh.png" width="658">
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 한국기계연구원 연구팀이 개발한 초소형 3축 자기 센서. 한국기계연구원 제공
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 센서는 500마이크로미터(㎛·1㎛는 100만분의 1m)×500㎛ 크기로, 4개의 감지 소자를 동시에 작동할 때 소비전력도 16 밀리와트(mW·1mW는 1000분의 1W) 수준에 불과하다.
 기존 플럭스 가이드에는 니켈이나 퍼멀로이 등 강자성 소재가 사용된다. 강자성 소재는 자기장이 사라진 뒤에도 자성이 남는 '자기 이력' 현상이 생겨 별도의 리셋 회로가 필요하다. 제작 과정에서도 전기 도금이나 정밀 가공 등 복잡한 공정이 필요하다. 
 연구팀은 외부 자기장이 사라지면 자성도 함께 사라지는 초상자성 나노입자를 적용해 별도의 리셋 회로 없이 반복적으로 자기장을 측정할 수 있도록 했다. 또 나노입자를 잉크 형태로 만들어 센서 위에 직접 인쇄함으로써 제작 공정도 단순화했다.
 개발된 센서는 자기장뿐 아니라 로봇이 물체와 접촉할 때 발생하는 힘을 정밀하게 감지하는 촉각 센서로도 확장할 수 있다. 연구에 참여한 전창엽 박사후연구원은 "앞으로 로봇 손과 소프트 로봇, 인간-기계 인터페이스, 의료기기 등 정밀한 움직임과 힘을 측정해야 하는 분야로 활용 범위를 확대해 나갈 계획”이라고 말했다.
 &lt;참고자료&gt; doi: 10.1002/adfm.76501
 [김소연 기자 lecia@donga.com]
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