도쿄 대학 최신 연구: 로봇에 살아있는 피부를 덮어 자연스러운 미소 표정 구현

인공지능과 로봇 기술이 빠르게 발전하는 시대에 로봇의 외관과 상호 작용 능력은 연구의 초점이었습니다. 2024년, 도쿄 대학의 연구팀은 획기적인 연구를 발표하여 배양된 인간 피부 조직(living skin)을 로봇 얼굴에 부착하여 로봇이 인간과 유사한 미소 표정을 지을 수 있게 했습니다. 이는 로봇의 사실감을 높일 뿐만 아니라 미래의 인간-기계 상호 작용을 위한 새로운 장을 열었습니다. 본문에서는 이 연구의 세부 사항, 기술 원리 및 잠재적 응용 분야를 자세히 살펴봅니다.

연구 배경: 합성 피부에서 살아있는 피부로의 진화

로봇 피부 기술은 더 이상 새로운 것이 아닙니다. 초기 로봇은 실리콘 또는 합성 재료를 사용하여 인간 피부를 모방했지만 이러한 재료는 종종 탄력성과 자가 치유 능력이 부족했습니다. 도쿄 대학의 다케우치 쇼지(Shoji Takeuchi) 교수가 이끄는 팀은 2022년부터 로봇에 살아있는 피부를 적용하는 연구를 시작하여 당시 로봇 손가락에 피부를 덮어 자가 치유 기능을 갖추게 했습니다.^[0]

2024년 6월 25일, 이 연구는 《Cell Reports Physical Science》 저널에 "Perforation-type anchors inspired by skin ligament for robotic face covered with living skin"이라는 제목으로 발표되었습니다. 연구팀은 기존의 피부가 쉽게 찢어지거나 단단히 부착되지 않는 문제를 해결하여 살아있는 피부가 복잡한 3D 로봇 구조에 적응할 수 있도록 했습니다.^[1] 이 기술은 인간 피부 인대에서 영감을 받아 V자형 천공 앵커 시스템을 통해 피부가 손상되지 않고 안정적으로 부착되도록 합니다.

살아있는 피부를 선택한 이유는 무엇입니까?

전통적인 합성 피부는 내구성이 뛰어나지만 인간 피부의 자연스러운 질감, 탄력성 및 자가 치유 특성을 모방할 수 없습니다. 살아있는 피부는 표피와 진피층을 포함하여 인간 세포로 배양되어 손상 시 콜라겐 젤을 통해 스스로 복구할 수 있습니다. 이를 통해 로봇이 더욱 사실적으로 보일 뿐만 아니라 센서를 내장하여 상호 작용 민감도를 높일 수 있습니다.^[2] 연구에 따르면 이러한 피부는 공기 중에서 더 오래 유지될 수 있으며 향후 혈관 및 땀샘 통로를 추가하여 내구성을 더욱 향상시킬 수 있습니다.

핵심 기술: 천공 앵커 시스템 작동 방식

이 연구의 혁신적인 점은 인간 피부 인대의 구조를 모방한 "천공형 앵커"(perforation-type anchors) 기술입니다. 연구팀은 살아있는 세포와 세포외 기질로 구성된 배양된 인간 피부 등가물(skin equivalent)을 사용하여 V자형 구멍을 통해 콜로이드를 침투시켜 로봇 표면에 고정했습니다.

미소 로봇 프로토타입 전시

연구팀은 진피 등가 피부로 덮인 로봇 얼굴 프로토타입을 제작하여 막대와 슬라이더로 구동하여 미소 표정을 구현했습니다. 밑에 있는 실리콘 층은 피하 융기를 모방하여 뺨이 자연스럽고 풍만하게 보이도록 했습니다.^[3] 이는 기존의 후크 또는 앵커 방법보다 우수하여 움직일 때 피부 손상을 방지합니다.

기술적 과제 및 해결 방안

기존의 과제로는 피부가 복잡한 모양에 적응할 수 없고 공기 중에서 빠르게 건조되는 문제가 있었습니다. 연구팀의 해결 방안은 다음과 같습니다.

자가 치유 메커니즘: 콜라겐 젤을 사용하여 손상을 복구합니다.
향후 개선: 피하 통로를 추가하여 혈관과 땀샘을 모방하여 피부 수명을 연장합니다.

응용 전망: 로봇 산업 및 의료 분야 변화

이 기술은 로봇에만 국한되지 않고 화장품 산업 및 성형 외과 훈련에도 적용할 수 있습니다. 미래의 인간형 로봇이 자가 치유 피부를 갖추어 의료, 엔터테인먼트 및 서비스 산업에서의 응용을 향상시킬 수 있다고 상상해 보십시오.

잠재적 영향

인간-기계 상호 작용: 더욱 사실적인 표정은 "불쾌한 골짜기" 효과를 줄여 인간이 로봇을 더 쉽게 받아들이도록 할 수 있습니다.
의료 응용: 피부 이식 연구 또는 외과 의사 훈련에 사용됩니다.
최신 진행 상황: 2025년, 도쿄 대학과 와세다 대학은 협력하여 제스처를 취할 수 있는 생체 혼합 손을 개발했는데, 이는 피부 기술의 확장일 수 있습니다.^[5]