ETRI, 기존센서대비 10배 이상 고민감도 신축성 좋고 화학적 안정성 갖춰

MoS₂·공성 그래핀 구조체·니켈폼의 주사 전자 현미경 이미지(왼쪽 위). 높은 유연성 및 탄성을 보여주는 MoS2·그래핀폼·Ecoflex 복합소재와 이를 이용하여 제작된 3 x 3 촉각 센서 모듈(오른쪽 위). 눈 깜박임(왼쪽 아래) 및 목 구부림(오른쪽 아래)과 같은 인체 움직임에 따른 저항변화 측정.<사진=ETRI>
MoS₂·공성 그래핀 구조체·니켈폼의 주사 전자 현미경 이미지(왼쪽 위). 높은 유연성 및 탄성을 보여주는 MoS2·그래핀폼·Ecoflex 복합소재와 이를 이용하여 제작된 3 x 3 촉각 센서 모듈(오른쪽 위). 눈 깜박임(왼쪽 아래) 및 목 구부림(오른쪽 아래)과 같은 인체 움직임에 따른 저항변화 측정.<사진=ETRI>
국내 연구진이 장애인의 의수나 의족, 로봇에 직접 부착 가능한 고무형태의 압력센서를 개발하는데 성공했다. 센서는 사람의 신경조직 같은 역할을 하게 돼 감각을 느끼는데 도움을 줄 전망이다.

ETRI(한국전자통신연구원)는 4000번 구부리거나 늘려도 높은 재현성을 갖고 기존 센서 대비 10배이상 높은 민감도의 고무형 압력과 변형성을 갖춘 복합센서를 개발했다고 18일 밝혔다.

올해 초 그래핀 복합소재 기반 직물형 센서를 선보인 연구진은 기능을 업그레이드 해 고무형 센서를 개발했다. 사람 피부에 적용하기 위해 딱딱하거나 피부와 이질감이 들지 않는 에코플렉스라는 고무형 재질을 선택했다. 이는 탄성이 좋고 인체에 무해하다.

연구진은 그래핀이 스펀지 형태와 비슷해 손으로 눌렀다 떼면 길이나 면적 변화시 저항이 변할 수 있음을 알게 됐다. 이황화 몰리브덴(MoS₂)을 이용해 양각의 평면 쉬트를 만든 후 유연한 고분자인 에코플렉스를 결합해 고무형 센서를 만들었다. 이는 우수한 전기전도도를 가지면서 낮은 압력변화와 높은 민감도를 갖는다.

고무형 센서는 향후 의수나 의족, 로봇에 먼저 적용 가능하고 병원의 재활치료에도 큰 도움을 줄 전망이다. 특히 재활치료 정도도 정확히 정량 분석이 가능하다고 평가했다. 환자가 팔을 올리는 재활과정에서 피부에 센서를 붙여 측정하게 되면 팔 올림에 따른 저항 변화를 쉽게 관측할 수 있다.

자동차 시트에 붙이면 운전자의 습관도 쉽게 파악할 수 있어 장시간 운전시 나타나는 특유의 질병, 근 골격계 질환 원인도 알게 된다. 연구진은 2~3년내 상용화도 가능할 것으로 예상했다.

고무형 센서는 저가이며 4000번 이상의 압력변화를 반복하는 동안 일정한 저항을 유지해 센서 성능저하도 나타나지 않았다. 1cm X 1cm 크기 단위의 센서가 측정 범위의 변화에 따라 선형성을 유지하면서 측정과정을 유지, 성능의 우수성도 확인됐다는 게 연구진의 설명이다,

최춘기 신소자연구그룹 박사는 "본 센서는 피부에 부착해 신체 움직임이나 자세, 혈압과 심장 박동수 등을 빠르게 실시간 감지가능 하다. 기계로 된 딱딱한 팔다리 대신 인간 피부와 같은 유연한 생체환경을 제공, 의료재활 분야에 다양하게 활용될 것"이라고 말했다.

성과는 미국화학회 나노분야의 국제 학술지 'AMI'지에 지난달 27일자로 온라인 등재되었다. 논문의 제1저자는 김성준 ETRI 박사, 최춘기 박사는 교신저자다. 또 민복기 ETR 박사, UST(과학기술연합대학원)의 슈브라몬달 박사 과정 학생이 연구에 참여했다.

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