터미네이터처럼···휘고 잘리면 치유·전도성 신소재 개발

KIST, 손동희 선임·서현선 연구원 공동연구 성과
외형 변형 후 전기전도도 60배 이상 향상

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길애경 기자 - 2019.06.04

KIST 연구팀이 개발한 신축성, 전도성, 자가 치유성이 높아 인간-로봇 간 인터커넥트로 작용해 인간의 팔 움직임을 로봇 팔에게 전달할 수 있다.<사진= KIST> KIST 연구팀이 개발한 신축성, 전도성, 자가 치유성이 높아 인간-로봇 간 인터커넥트로 작용해 인간의 팔 움직임을 로봇 팔에게 전달할 수 있다.<사진= KIST>

국내 연구팀이 터미네이터처럼 휘거나 잘려도 치유되면서 전력 전송이 가능한 웨어러블 디바이스 신소재를 개발했다. 인체와 전자 소자 사이를 연결하는 '인터커넥트' 장치로 활용이 기대된다.

KIST(한국과학기술연구원·원장 이병권)는 손동희 바이오닉스연구단 선임연구원과 서현선 생체재료연구단 연구원 팀이 공동연구로 신축성과 전도성을 유지하면서 자가 치유 특성까지 지닌 신소재를 개발했다고 4일 밝혔다.

생물의학이나 전자공학, 로봇공학 분야에서 웨어러블 전자기기개발을 위해 인체 친화적이면서 신축성이 우수한 고분자 소재를 이용하고 있다. 고신축성의 고분자 소재는 전자 소자와 인체 사이에 안정적으로 전력과 데이터를 전송할 수 있어 인터커넥트에 적용 가능하다. 현재 착용형 인간-로봇 인터페이스는 심각한 손상 후 자가 치유 가능성이 부족해 상호 작용을 지원할 수 없다. 그러나 높은 신축성, 전도성, 치유 능력을 동시에 구현하기는 쉽지 않다.

손동희 박사는 지난해 실제 피부와 기계적 강도가 유사한 고분자 소재를 개발한 바 있다. 이는 부착시 이질감이 느껴지지 않아 장기간 착용이 가능하다. 또 신축성이 뛰어나 물이나 땀에서도 외부 자극 없이 자가 치유 가능한 소재다.

연구팀은 기존 고분자 소재의 특성을 유지하면서 전자 소자와 인체 사이에 안정적으로 전력과 데이터를 전송할 수 있는 신소재를 개발했다.

우선 고분자 내부에 은 마이크로·나노 입자들을 분산·분포시켜 신축성을 가지면서 변형에도 문제없는 전도성 고분자 복합 신소재를 제작했다.

이를 인체에 부착해 생체 신호를 실시간 측정하고 신호를 안정적으로 로봇 팔에 전송, 실제 인간 팔의 움직임을 그대로 모방하는 데 성공했다. 또 초기 상태의 35배까지 변형이 가능하고 손상되거나 완전히 절단되더라도 스스로 회복, 접합되는 자가 치유 강점을 보였다.

연구팀은 특히 외력에 의해 변형이 일어난 후 그 상태에서 내부 마이크로·나노 입자들의 재배열에 의해 전기적 특성이 자발적으로 높아지는 '셀프-부스팅(self-boosting)' 현상을 발견했다. 연구팀은 주사전자현미경과 마이크로 씨티 분석으로 고분자 매트릭스 내에 분산된 마이크로·나노 입자의 동적 재배열을 규명하는데 성공했다.

서현선 연구원은 "개발된 소재는 극심한 외력 및 변형에서도 안정적으로 구동할 수 있는 차세대 웨어러블 전자기기 개발과 상용화에 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.

손동희 선임연구원은 "의공학, 전자공학, 로봇공학 분야에서 필요로하는 소재 원천 기술"이라면서 "다양한 분야에 응용 될 수 있을 것으로 기대된다"고 연구 의의를 설명했다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부의 지원과 KIST 기관고유사업으로 수행됐다. 결과는 국제학술지 'ACS Nano' 최신호에 게재됐다.

KIST 연구팀은 신축성, 전도성, 자가 치유성이 높은 웨어러블 디바이스 신소재를 개발하는데 성공했다.<사진= KIST>KIST 연구팀은 신축성, 전도성, 자가 치유성이 높은 웨어러블 디바이스 신소재를 개발하는데 성공했다.<사진= KIST>

 
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