신뢰할 수 있는 로봇 조작(Manipulation)을 구현하려면 시각 정보만으로는 부족하다. 특히 부드럽거나 깨지기 쉽고 불규칙한 형태의 물체를 다룰 때는 촉각 정보가 중요하다. 카메라는 물체의 위치를 파악할 수 있지만, 촉각 센싱은 물체를 얼마나 단단히 잡고 있는지, 미끄러지기 시작했는지 판단하는 데 필요한 접촉 정보를 제공한다. 마이크로칩테크놀로지(아시아 총괄 및 한국대표 한병돈)는 고밀도 2차원 정전용량식 센서 어레이의 신호를 고감도 디지털 데이터로 변환하는 ‘ATFCD52 고속 정전용량 디지타이저’를 출시했다. 외부 프로세서는 이 데이터를 활용해 수직항력(Normal force)과 전단력(Shear force)을 계산할 수 있다. 이를 통해 로봇 그리퍼와 정교한 휴머노이드 핸드가 물체를 잡고 조작하는 방식을 실시간으로 정밀하게 조정할 수 있다.
마이크로칩 HMI 사업부 지오반니 폰타나(Giovanni Fontana) 시니어 디렉터는 “로봇이 주변 환경을 시각적으로 인식하고 이해하는 능력은 점점 향상되고 있지만, 물리적 접촉을 감지하고 반응하는 능력은 아직까지 중요한 과제로 남아 있다”며 “ATFCD52는 더욱 정교한 로봇 개발과 피지컬 AI 발전의 토대가 되는 실시간 촉각 데이터를 제공하도록 설계됐다”고 말했다.
ATFCD52는 최대 32개의 송신(TX) 라인과 20개의 수신(RX) 라인으로 구성된 최대 52채널을 지원하며, 접촉면 전반의 데이터를 포착하는 고밀도 2차원 정전용량식 센서 어레이를 구현한다. 20개의 병렬 온칩 아날로그 프론트엔드가 모든 수신 라인의 신호를 동시에 수신하며, 센서 어레이 크기에 따라 최대 800Hz의 프레임 레이트(Frame rate)를 지원한다. 이러한 고속 데이터 수집은 미끄러짐이 시작되는 시점을 감지해 물체가 떨어지거나 파손되기 전에 그립력을 조정할 수 있도록 지원한다.
ATFCD52는 1펨토패럿(fF) 미만의 정전용량 변화를 감지하도록 설계돼 미세한 촉각 센서 변형을 포착하는 데 필요한 민감도(Sensitivity)를 제공한다. 이러한 민감도는 정전용량 변화가 매우 작아 전기 노이즈 환경에서 식별하기 어려운 가벼운 터치를 감지할 때 특히 중요하다. 로봇 시스템에서는 서보 모터, 전력 전자장치, 스위칭 레귤레이터에서 발생하는 전기 노이즈와 미세한 촉각 신호를 구별하기가 쉽지 않다. ATFCD52는 주파수 호핑과 오버샘플링으로 이러한 간섭을 줄여 전기 노이즈가 심한 환경에서도 안정적인 촉각 센싱을 지원한다.
시스템 수준 처리를 위해 ATFCD52는 애플리케이션 성능 요구사항에 따라 마이크로칩의 마이크로컨트롤러(MCU), 마이크로프로세서(MPU) 또는 FPGA와 함께 사용할 수 있다. 개발자는 정전용량 디지타이저를 마이크로칩의 시스템 솔루션에 통합하면서 로컬 제어 또는 고성능 연산 처리에 적합한 프로세싱 아키텍처를 선택할 수 있다. 로보틱스 외에도 증강현실 및 게이밍 액세서리, 데이터 수집용 장갑과 풋 매트, 전자 피부와 같은 웨어러블 센싱 등 다양한 애플리케이션에 활용할 수 있다.
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