▲ 센서 제작 과정 및 어플리케이션 / 가) 센서 제작과정. 나) 웨어러블 어플리케이션. 다) 생체이식용 기기 어플리케이션.(그림 및 설명=단국대학교 송지현 교수, 차의과대학교 안중호 박사)  © 특허뉴스

레고처럼 원하는 모양으로 조립해서 범용으로 사용할 수 있는 투명 변위 센서가 개발됐다.

한국연구재단은 단국대학교 송지현 교수와 차의과대학교 안중호 박사 공동연구팀이 기능성 전자 잉크 소재를 이용해 다양한 전자소자를 제작하는 ‘인쇄전자기술’을 이용해 초박형 변위 센서(변위량을 검출해 대상물의 높이, 두께 등을 마이크로미터 단위로 측정할 수 있는 센서)를 대량으로 생산한 뒤 다양한 크기, 형태, 성능으로 활용할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다.

신축성 센서는 웨어러블 기기를 비롯해 로봇, 의료분야 등에 활용도가 높다. 인쇄전자기술을 이용하면 대량생산도 가능하다. 하지만 대부분의 신축성 인쇄 센서는 기판과 일체형으로 제작되므로, 용도와 형태를 결정한 후 한 번 생산에 들어가면 변경이 어렵다. 또한 적용되는 기기의 디자인이나 기능을 수정하면 설계부터 제작까지 모든 과정을 다시 진행해야 한다.

공정 효율 측면에서 이 같은 한계점이 존재, 특히 웨어러블 기기로 활용 시에는 사용자 맞춤이 불가능하다. 생산 이후 형상을 변환하거나 손쉽게 형태를 수정하는 기술 개발이 필요한 상황이다.

공동연구팀은 센서 대량생산 이후 기판상에서 분리, 마치 레고처럼 단위 센서를 연결하고 조립해 크기, 형상, 그리고 활용처를 마음대로 변경할 수 있는 센서 제작 기술을 확보하는 데 성공했다.

단위 센서의 형상 설계는 구불구불한 구조를 기본으로, 양끝단에 접속회로를 만들어 단위 센서들을 서로 연결하거나 와이어를 연결해 변위에 따른 전압 데이터를 수집하는 방식이다. 단위 센서는 원래 길이의 최대 2배까지 늘어나며, 변위에 따라서 선형적으로 약 100mV까지 전압을 출력한다.

연구팀은 대량생산한 단위 센서를 꽃, 새, 뱀 등의 모양으로 필요에 따라 새롭게 조립해 웨어러블 및 생체 이식용 기기에 적용 가능함을 확인했다.

특히 이식용 기기로써 활용을 위한 세포시험 결과 우수한 생체 적합성을 보였다. 압전센서는 외부 자극에 따라 전압을 생산하기 때문에 이식용 소형 발전기로도 이용 가능하다.

이번 연구성과에 대해 송지현 교수는 “맞춤형, 고성능 신축성 센서를 적은 비용으로 제작할 수 있는 길을 열었다”며, “차세대 웨어러블 기기나 생체 의학 장치, 로봇공학 등의 센서 기술에 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

이번 연구 성과는 재료분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 메터리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 지난 10월 8일 게재되었다. 또 연구 우수성을 인정받아 학술지 표지 논문으로 선정됐다.

논문명은 Lego-Like Model Reconfigurable and Transparent Stretchable Strain Sensor for Werable and Biomedical Applications 이다.