박재영 광운대 교수 연구팀은 통기성이 뛰어나고 유연한 마찰전기 나노발전기와 무전원 웨어러블 촉각센서 개발에 성공했다고 23일 밝혔다.
발한 센서는 피부-센서 인터페이스에서 열 방출과 땀 증발이 효율적으로 이뤄지게 함으로써 장시간 사용자의 편안함을 향상하고 염증 위험을 최소화했다. 이 연구에서 개발한 통기성을 갖는 촉각센서는 전자 피부, 휴먼-머신 인터페이스, 소프트 로봇 등 다양한 웨어러블 시스템에서 폭넓게 활용할 수 있다.
웨어러블 전자 시스템은 ▲의료 ▲인간-기계 상호 작용 ▲스포츠 및 피트니스 ▲라이프스타일 관리 분야 등에 폭넓게 적용할 수 있어 최근 많은 주목을 받고 있다. 유연하고 신축성이 있는 웨어러블 센서를 개발하기 위해 많은 연구가 진행되고 있지만, 센서의 통기성에 관해서는 거의 연구가 이뤄지지 못했다. 최근 통기성 센서 개발을 위해 전기 방사 방법이나 희생 층 템플릿 방법을 적용하는 연구가 보고됐지만, 전기방사 기술은 공정 과정이 복잡하고 비용이 많이 소요되는 기술이다. 템플릿 방법도 신뢰성과 재현성에 여전히 문제가 있다.
연구팀은 이런 문제점을 해결하기 위해 간단하면서도 비용 효율적인 상분리 기술을 적용했다. 통기성과 유연성을 갖는 실록·신다공성 SEBS 소재기반 고감도의 웨어러블 센서를 개발한 것이다. 이 기술은 용매의 증발로 상 분리를 발생시키고, 비용매의 증발로 유연탄성 소재에 다공성을 형성한다.
다공성 표면은 통기성을 촉진하고 접촉 면적을 늘려 더 나은 전하 생성을 촉진함으로써 센서의 성능을 향상한다. 또한, 다공성 SEBS에 실록신을 첨가해 SEBS의 유전 특성을 증가시킴으로써 나노발전기와 센서의 성능을 향상했다.
통기성을 갖는 유연 나노발전기와 무전원 센서는 ▲전자피부 ▲휴먼-머신 인터페이스 ▲수화통역 ▲VR·AR·MR ▲소포트 로봇 ▲스마트 드론 등에 폭넓게 활용과 응용될 것으로 기대된다.
이번 연구는 과기정통부의 재원으로 한국연구재단 중견연구자 지원(NRF-2020R1A2C2012820) 및 산업통상자원부의 산업기술혁신사업의 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 세계 최고의 에너지 소재 및 소자 전문 저널인 와일리 (Wiley) 출판의 어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials, IF: 27.8)에 표지논문으로 게재됐다.
이지희 기자 easy@etnews.com
