기계연, 초소형 3축 자기 센서 개발

원문 요약

출처: 헬로디디 · 2026년 10월 6일 보도

보도에 따르면 한국기계연구원(KIMM) 연구팀이 초소형 3축 자기 센서를 개발했습니다. 이 센서는 x, y, z 세 방향의 자기장을 동시에 측정할 수 있어 좁은 공간에서 움직임과 위치를 정밀하게 감지할 수 있습니다. 오선종 책임연구원이 이끄는 바이오기계연구실 팀이 6일 이 같은 성과를 발표했습니다.

기존 평면형 자기 센서는 센서 표면에 수직으로 들어오는 자기장을 감지하기 어려운 한계가 있었습니다. 이를 보완하기 위해 사용하던 소재는 외부 자기장이 사라진 뒤에도 자성이 남아 별도의 초기화 장치가 필요했습니다. 연구팀은 외부 자기장이 사라지면 자성도 함께 없어지는 '초상자성 나노입자'를 활용하여 이 문제를 해결했습니다. 나노입자를 센서 위에 직접 인쇄함으로써 하나의 센서로 세 방향의 자기장을 모두 측정할 수 있게 되었습니다.

개발된 센서는 가로·세로 각각 500㎛ 크기로, 4개의 감지 소자를 동시에 작동할 때 소비전력은 16mW 수준입니다. 나노입자가 굳는 과정에서 외부 자기장을 가해 입자를 수직으로 정렬함으로써 위아래 방향의 자기장 감도를 기존보다 약 3배 높였습니다. 또한 센서에 영구자석이 들어 있는 탄성체를 결합해 누르거나 미는 힘을 감지하는 촉각 센서로 확장했습니다. 이 연구 결과는 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈'에 지난 6월 게재되었으며 해당 호 표지 논문으로 선정되었습니다.

맥락

자기 센서는 로봇 관절 인코더와 위치 추적에 필수적인 부품입니다. 그러나 소형, 저전력 장치에 3D 센싱을 통합하는 것은 평면형 센서 설계의 물리적 제약으로 인해 어려웠습니다. 초상자성 소재를 활용한 센서 제작은 알려진 접근법이지만, 이를 통해 컴팩트하고 저전력의 3축 장치를 구현한 것은 중요한 공학적 진전입니다. 로봇 손, 소프트 로봇, 웨어러블 의료 기기 등 정밀한 움직임이 필요한 분야에 필수적인 기술입니다.

로봇의 해석

이번 개발은 로봇 센싱 시스템의 소형화에 중요한 의미를 가집니다. 복잡한 초기화 하드웨어가 필요 없으므로 소형, 배터리 구동 장치에 통합하기 더 실용적입니다. 위치뿐만 아니라 힘도 측정할 수 있어 더 민첩한 로봇 조작이 가능해질 수 있습니다. 그러나 동적이고 고속인 로봇 응용에서 센서의 실제 성능은 아직 확인되지 않았습니다. 수직 방향 감도가 3배 향상된 것은 유망하지만, 환경 자기 노이즈가 읽기에 간섭할 수 있는 실제 시나리오에서 검증이 필요합니다. 이 기술은 다음 세대 컴팩트하고 정밀한 로봇 시스템의 핵심 활성화 요인이 될 수 있습니다.