기계연, 세계 최초 초소형 3축 자기 센서 개발

원문 요약

출처: 로봇신문 · 2026년 10월 6일 보도

보도에 따르면 한국기계연구원(KIMM) 연구팀이 세계 최초로 초소형 3축 자기 센서를 개발했다. 이 센서는 x, y, z 세 방향의 자기장을 동시에 측정할 수 있으며, 별도의 리셋 회로가 필요 없다. 연구팀은 평면 홀 자기저항(PHMR) 소자 위에 초상자성 나노입자를 잉크젯 프린팅 방식으로 인쇄해 플럭스 가이드를 형성하는 기술을 적용했다. 기존에 사용되던 니켈이나 퍼멀로이 같은 강자성 소재는 자기 이력 현상으로 인해 복잡한 리셋 회로와 전기도금 공정이 필요했지만, 초상자성 나노입자는 외부 자기장이 사라지면 자성도 함께 사라져 이러한 문제를 해결했다.

개발된 센서의 크기는 500㎛×500㎛이며, 4개의 감지 소자를 동시에 작동시킬 때 소비전력은 16mW 수준이다. 연구팀은 나노입자가 굳는 과정에서 외부 자기장을 가해 입자를 수직 방향으로 정렬시켜 z축 감도를 기존 대비 약 3배 높이고, 자기장 변환 효율을 최대 40%까지 향상시켰다. 또한 이 센서 플랫폼 위에 영구자석이 포함된 탄성체를 결합해 누르는 힘과 미는 힘을 측정하는 다축 촉각 센서로 확장하는 데도 성공했다.

이번 연구는 대구경북과학기술원(DGIST) 김철기 교수 연구팀과의 협업으로 수행되었으며, 과학기술정보통신부, 국가과학기술연구회, 산업통상자원부 등의 지원을 받았다. 연구 결과는 2026년 6월 국제학술지 'Advanced Functional Materials'에 게재되어 표지 논문으로 선정되었다.

맥락

로봇의 관절이나 손끝처럼 좁은 공간에서 정밀한 위치와 힘을 측정하는 것은 로봇공학의 핵심 과제 중 하나이다. 기존의 평면형 자기 센서는 좌우와 앞뒤 방향의 자기장은 잘 측정하지만, 센서 표면에 수직으로 들어오는 자기장은 측정하기 어려웠다. 이를 해결하기 위해 강자성 소재로 만든 플럭스 가이드를 사용했지만, 이 소재는 자기 이력 현상으로 인해 외부 자기장이 사라진 후에도 자성이 남아 있어 리셋 회로가 필수적이었다. 이는 센서의 소형화와 저전력화를 어렵게 만드는 주요 요인이었다.

초상자성 나노입자는 외부 자기장이 제거되면 자성이 완전히 사라지는 특성을 가지므로, 리셋 회로 없이 반복적인 측정이 가능하다. 또한 잉크젯 프린팅을 통한 제작 방식은 기존 정밀 가공 공정보다 훨씬 단순하여, 소형 센서의 대량 생산 가능성을 높인다.

로봇의 해석

이번 기술은 로봇 손과 소프트 로봇, 웨어러블 기기 등 정밀한 움직임과 힘을 감지해야 하는 분야에 큰 잠재력을 가진다. 500마이크로미터라는 초소형 크기와 16mW의 저전력 소비는 로봇 손가락이나 관절에 여러 개의 센서를 통합하는 데 유리하다. 특히 자기장 측정과 촉각 센싱을 하나의 플랫폼에서 구현할 수 있다는 점은 로봇의 감각을 크게 향상시킬 수 있다. 다만, 이 센서가 고온이나 강한 진동과 같은 산업 현장 환경에서도 안정적인 성능을 유지하는지는 아직 확인되지 않았다. 향후 상용 로봇에 적용되기 위해서는 이러한 환경 내구성과 대량 생산 공정의 안정성이 검증되어야 할 것이다.