국내 연구진이 인간의 피부를 뛰어 넘는 '초고감도, 초저전력, 고신축성 전자피부'를 개발했다.
김도환 숭실대 유기신소재·파이버공학과 교수와 정희태 한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 교수 연구진은 포유류 피부의 촉각세포가 외부압력을 감지하는 원리를 모방해 구현한 '점-유탄성 고분자 신소재'를 개발했다고 3일 밝혔다. 점-유탄성은 탄성과 점성을 동시에 가진 구조체 안에 유체가 점성을 갖고 흐르는 성질이다.
신소재를 이용한 전자피부는 소리부터 혈압, 다양한 물체 하중까지 정확하게 감별할 수 있다. 인간 피부를 뛰어 넘어 기존 기술과 구분된다.
인간 피부는 수 킬로파스칼(㎪)에서 메가파스칼(㎫) 압력까지 인지한다. 기존 전자피부는 1㎪ 미만 특정 압력 범위에서만 민감하게 반응 하는 한계를 갖고 있었다.
연구팀이 개발한 전자피부는 2014년도에 규명된 '점-유탄성'을 이용한 것이다. 연구팀은 인간 피부가 소리부터 혈압, 물체 하중에도 점-유탄성이 유효하게 변한다는 점에 착안했다. 화학적으로 하드 블록과 소프트 블록으로 구성된 열가소성 폴리우레탄 고분자를 설계했다. 이온성 액체와 혼합해 고투명, 점-유탄성 고분자 박막을 제조했다. 이를 기반으로 마이크로크기 패턴 구조가 있는 패치형 압전전기용량방식의 전기이중층(EDL) 소자를 만들었다.
이 소자는 휘어지고 늘어나는 피부로서 특성을 갖는다. 기존 압력센서 기반 전자피부와는 달리 하나의 소자가 초저전력(1㎷)으로 구동되고, 넓은 압력범위 자극을 정확하게 분별 가능하다.
김도환 숭실대 교수는 “기존 기술 한계를 극복할 수 있는 신규 소재설계 해법을 촉각세포의 압력감지원리에 체계적인 이해를 바탕으로 제공했다는 점에서 학문적 의의가 크다”면서 “차세대 플렉서블 디스플레이용 터치스크린뿐만 아니라 인간 촉각능력 이상을 요구하는 생체진단·치료와 수술용 소프트 로봇 같은 다양한 인간-로봇-환경 촉각인터페이스가 절실히 요구되는 보건, 의료, 헬스케어시스템 등 다양한 산업 분야에 적용이 가능할 것으로 기대된다”고 말했다.
연구결과는 재료과학분야 국제학술지 '어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)' 30호 표지논문으로 4일 게재된다. 연구팀은 관련 기술로 1건의 국내 특허와 3건의 해외 특허를 출원했다.
송혜영기자 hybrid@etnews.com
