한국과학기술원(KAIST·총장 신성철)은 스티브 박, 김상욱 신소재공학과 교수 공동 연구팀이 신물질을 이용해 압력·인장(늘이기)을 구분하는 무선통신 소자를 개발했다고 22일 밝혔다.
연구팀은 무선통신에 활용되는 '전기 공진기'가 여러 정보를 전달할 수 있다는 것에 주목했다. 전기 공진기 무선통신 신호는 공진기 정전용량으로 결정되는 '공진주파수', 공진기에 저장된 전자기파 에너지로 결정되는 '품질 인자'에 의해 결정된다.
공진주파수와 품질 인자 변화를 분화하기 위해 전자기파를 차폐하는 신물질이 필요한데, 공동 연구팀은 2차원 신물질인 '맥신(MXene)'을 사용했다.
압력에 따라 기공이 닫히는 다공성 탄성체에 맥신을 코팅, 외부 자극에 따라 공진기 저장 에너지를 변형시키는 센서로 활용했다. 이때 탄성체와 맥신 사이에 나노 접착제 역할을 하는 '폴리도파민'을 도입, 2000번 이상 반복적인 수축과 이완에도 신뢰성 있게 작동할 수 있도록 했다.
또 연구팀은 딥러닝 기법을 적용, 미리 학습됐던 압력과 인장 자극을 구분해 정확하게 맞추고 학습되지 않은 새로운 압력과 인장 자극도 약 9% 오차 이내로 맞출 수 있는 시스템을 구현하는 데 성공했다.
개발 소자는 무선으로 기계적 자극을 구분해 측정할 수 있고, 생체친화적이며 가볍다. 웨어러블 소자로 활용이 가능한 게 장점이다. 공동 연구팀은 이 밖에 새로 개발한 소자를 기반으로 정형외과 수술 이후 재활 치료를 하는 과정에서 부상을 방지할 수 있는 모니터링 시스템을 구축했다.
스티브 박 교수는 “최근 주목받는 무선통신 소자 신호처리에 대해 새로운 방향을 제시하고, 신물질인 맥신의 다양한 적용 가능성을 보여준 의미있는 연구성과”라며 “헬스케어를 위한 웨어러블, 임플란터블 모니터링 전자소자에 활용될 것으로 기대된다”고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
