로봇, 인공지능(AI), 비대면 기술 등 발달로 인간을 닮은 휴머노이드 로봇의 전자피부나 웨어러블 기기용 소재·제품 연구개발(R&D)이 세계적으로 활발하다. 메타버스 시대에는 웨어러블 전자기기나 유연 소재 기반 디스플레이, 의료용 기기 등 사용자 주변환경을 실시간으로 인지하는 스마트 인터페이스의 중요성이 더욱 커질 전망이다.
김도환 한양대 화학공학과 교수는 2010년부터 사람의 생체 기능을 전자소자로 모사하는 생체모사형 전자기기에 관심을 가졌다. 2014년부터는 실제 사람 혹은 포유류의 피부를 구성하는 촉각세포 세포막 구조와 단백질에서 외부자극에 따른 생체이온의 전달메커니즘을 모방한 인공전자피부 연구에 착수했다.
김도환 교수는 “소프트 이온트로닉(고분자와 인공이온으로 구성된 고체전해질 소재)에 관심을 가지고 연구를 시작했다”며 “소프트 이온트로닉 소재는 사람의 피부처럼 유연한 기계적 물성을 가질 뿐만 아니라 외부 자극에 따라 소재 내 이온 거동을 제어함으로써 전자소자에 다양한 기능 부여가 가능해 차세대 전자피부 분야 핵심 소재라고 할 수 있다”고 밝혔다.
김 교수는 지난해 이경진 충남대 교수, 영우빈 중국과학원 교수 공동연구팀을 이끌며 이러한 소프트 이온트로닉 소재를 기반으로 사람 피부의 감지 능력을 모방한 촉각센서 기반 전자피부 개발에 성공했다. 사람 피부처럼 늘어나고 자율적으로 상처를 치유하며 미세한 촉각 기능도 복원시킬 수 있는 고신축, 초감도 이온트로닉 전자피부 기술이다.
김 교수는 인공 전자피부의 한계를 극복하기 위해 생체 피부와 관련된 생리학을 공부했다. 그 결과 사람피부의 촉각 기능을 모사하기 위해 이온(전하를 띤 입자)과 전자(더이상 나눌 수 없는 기본 입자) 전달체계 바탕의 이온트로닉스 개념을 통해 기존 난제를 해결했다.
이는 인공 전자피부가 사람 피부를 단순 모사하는 것에서 나아가 외부 충격에도 스스로 상처와 촉감 인지가 동시에 복원되는 기술로 발전하는 성과를 거뒀다.
김 교수는 “상처와 촉감 인지를 스스로 복원하는 전자피부 기술에서 더 나아가 촉감을 느끼고 기억, 학습할 수 있는 뉴로모픽 전자피부 연구를 진행하고 있다”며 “최근에는 이온트로닉 소재를 이용해 사람 신경을 전기적으로 자극해 난치병을 치료할 수 있는 생체 삽입형 전자약 분야 연구도 함께 진행하고 있다”고 밝혔다.
전자피부를 비롯해 센서·소재부품·센서 정보처리기술은 차세대 웨어러블 디바이스의 성능을 결정한다. 글로벌 전자피부 시장은 연평균 38.7% 성장하며, 2026년 2695억달러 규모로 커질 것으로 예상된다. 글로벌 웨어러블 스마트기기 시장에서 헬스케어 분야만 연평균 18.3% 성장해 2025년 327억달러 수준에 이를 전망이다.
김 교수에 따르면, 글로벌 웨어러블 스마트 기술 주요시장국 2010~2016년 특허출원 누적 비중은 일본이 41.4%로 가장 앞서며, 한국과 미국은 각각 23.8%, 23.2%로 비슷한 수준이다.
김 교수는 “현재 일본이 기술개발을 주도하고, 우리나라와 미국이 경쟁관계에 있는 상황에서 수입에 의존하는 기존 기술과 차별화된 원천소재 개발에 대한 체계적 지원이 시급하다”며 미래 산업의 글로벌 경쟁력을 갖추기 위해서 웨어러블용 원천소재 기술 확보가 절실하다”고 강조했다.
김명희기자 noprint@etnews.com
