사람의 피부처럼 느끼는 다기능 초감도 센서 개발

[박계현기자] 국내 연구진이 누르고 당기고 비트는 자극을 감지할 수 있는 인공 센서를 개발했다.

서울대 서갑양 교수와 방창현 박사(제1저자), 안성훈 교수 등이 참여한 연구팀은 나노미터(10억분의 1미터) 크기의 고분자 섬모를 붙여, 피부처럼 유연하면서도 다양한 미세자극을 감지할 수 있는 센서 개발에 성공했다.

연구팀은 나노섬모와 기판에 백금을 나노 두께로 증착시켰고, 증착된 나노섬모를 결합시킨 뒤 동일한 고분자기판(PDMS)를 앞뒤로 붙여 센서를 완성했다.

서 교수팀이 개발한 센서는 저렴한 공정(모세관력 리소그래피 공정)으로 제작된 고분자·금속 나노 섬모를 결합해 제작방법이 간단하고, 사람이 감지하는 작은 힘의 약 0.005배 정도인 아주 작은 자극도 감지할 수 있다.

또 수많은 작은 트랜지스터가 필요 없어 기존에 개발된 센서에 비해 수백배 저렴하면서도 기존 대비 약 2~5배의 넓은 면적으로(가로 9㎝×세로 13㎝) 제작할 수 있는 것이 특징이다.

서갑양 교수 연구팀의 센서는 하나의 미세 패턴구조로 만들어져, 사람의 피부처럼 누르거나 당기거나 비트는 감각을 동시에 감지할 수 있다. 이 센서는 1만회 이상 반복적인 강한 압력에도 안정적으로 작동할 수 있으며, 간단한 회로 설계를 이용해 총 64개의 작은 센서로 공간을 분할할 수 있어 사람의 피부와 매우 흡사하다.

또 이 센서는 눈 깜짝할 시간에 일어나는 작은 물방울의 충돌도 실시간으로 감지할 수 있다. 손목에 센서를 넣어 맥박의 변화와 혈관의 압력 차이 등 미세한 생체신호를 관찰할 수 있어 휴대용 의료기기로 개발할 수 있는 가능성을 보였다.

기존 피부와 비슷하게 만든 센서들은 피부처럼 다양한 기능을 구현하기 위해 많은 양의 복잡하고 미세한 소자들이 필요하거나, 매우 작아서 다루기 어려웠다. 또 인체의 유해성이 검증되지 않은 소재(나노선, 나노튜브 등)를 사용한다는 한계도 있었다.

서갑양 교수는 "이번에 개발한 센서를 이용해 향후 다양한 생체신호를 실시간으로 감지할 수 있다"며 "향후 담당의사에게 생체신호를 전달하는 의료기기나 신개념 IT 터치패드 기술, 로봇 기술 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 중견연구자(도약연구) 및 선도연구센터(ERC) 지원사업의 지원을 받았으며 나노기술과 재료 분야 학술지인 네이처 메터리얼즈 7월 29일자에 게재됐다.

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