1) 시스템 아키텍처 전체 개요 및 주요 블록 분해 본 특허가 제시하는 촉각 센서 시스템은 크게 4개의 계층적 블록으로 구성됩니다. 첫째, **물리적 인터페이스 계층(Physical Interface Layer)**으로, 로봇의 손가락과 손바닥 표면을 감싸는 유연한 '센서 스킨'입니다. 이 스킨은 수천 개의 다중 모드 감지 요소를 포함합니다. 둘째, **데이터 수집 및 전처리 계층(Data Acquisition & Pre-processing Layer)**입니다. 각 손가락 내부에 실장된 소형 보드로, 센서의 아날로그 신호를 증폭하고 필터링한 후, 최소 1kHz 이상의 샘플링 속도로 디지털화하는 역할을 합니다. 셋째, **엣지 컴퓨팅 계층(Edge Computing Layer)**으로, 로봇의 팔 또는 몸통에 위치한 로컬 프로세서입니다. 여기서는 디지털화된 방대한 데이터 스트림으로부터 미끄러짐 예측, 질감 분류 등 핵심 특징(feature)을 실시간으로 추출하는 경량화된 신경망 모델이 동작합니다. 넷째, **중앙 추론 및 제어 계층(Central Inference & Control Layer)**입니다. 옵티머스의 메인 컴퓨터에서 구동되며, 엣지에서 처리된 촉각 특징을 FSD 비전 시스템에서 오는 시각 정보와 융합(fusion)하여 종합적인 상황 인식을 수행하고, 최종적으로 로봇 팔 전체의 움직임과 파지 전략을 결정하여 모터 제어 명령을 생성합니다. 이 계층적 구조는 데이터 처리의 병목 현상을 최소화하고 실시간 반응성을 극대화하기 위한 핵심 설계 사상입니다.
2) 구성 요소 상세 분해 (Component-by-Component Analysis) 센서 스킨의 핵심은 양자 터널링 복합체(Quantum Tunneling Composite, QTC) 또는 유사한 압저항 물질을 기반으로 한 센서 셀 매트릭스입니다. 각 센서 셀은 실리콘과 같은 탄성 중합체(elastomer) 매트릭스 내에 미세한 전도성 나노 입자(예: 탄소 나노튜브)가 분산된 구조를 가집니다. 압력이 가해지지 않았을 때는 입자 간 거리가 멀어 높은 저항(수 MΩ)을 보이지만, 압력으로 인해 매트릭스가 압축되면 입자 간 거리가 가까워져 양자 터널링 효과에 의해 전자가 쉽게 이동, 저항이 수 Ω 단위까지 급격히 감소합니다. 이 비선형적이고 민감한 반응 특성은 미세한 압력 변화도 감지할 수 있게 합니다. 이 센서 셀들은 2차원 배열(array) 형태로 유연한 인쇄 회로 기판(FPCB) 위에 집적되어 있으며, 각 셀은 행(row)과 열(column) 주소 라인을 통해 개별적으로 데이터가 스캔됩니다. 또한, 스킨 표면에는 미세한 돌기(ridge) 패턴이 있어 인간의 지문처럼 마찰력을 증대시키고, 전단력(shear force)에 따른 변형을 감지하여 물체가 미끄러지는 방향까지 파악할 수 있도록 설계되었습니다. 데이터 수집 보드(DAQ)에는 다채널 아날로그 멀티플렉서(MUX)와 고해상도(16비트 이상) ADC가 탑재되어, 수천 개 센서의 신호를 시분할 방식으로 빠르게 스캔하고 변환합니다.
