고무처럼 늘어나도 통신 성능 그대로…신축성 기판소재 개발

한양대 정예환·유형석 교수팀, 국제학술지 '네이처' 게재

(서울=연합뉴스) 조승한 기자 = 국내 연구진이 세계 처음으로 고무처럼 늘리거나 줄여도 무선통신 성능을 유지하는 기판 소재 개발에 성공했다.

무선통신 회로는 늘어나는 정도에 따라 주파수가 바뀌는 문제가 있었는데 이를 해결하면서 전자피부 등 신축성 웨어러블 기기에도 무선통신을 본격 활용할 수 있으리란 기대가 나온다.

과학기술정보통신부는 한양대 융합전자공학부 정예환 교수와 전기생체공학부 유형석 교수 공동연구팀이 고무처럼 형태를 변형해도 무선통신 성능을 유지하는 전자피부를 개발해 22일(현지 시각) 국제학술지 '네이처'에 발표했다고 밝혔다.

의료나 건강관리 등 다양한 분야에서 쓰이는 전자피부 기반 웨어러블 기기는 외부와 통신하고 전력을 전송받을 수 있는 무선 주파수(RF) 소자와 회로가 필수다.

하지만 무선 주파수 회로는 늘어나거나 구부러지기만 해도 작동 주파수 대역이 변하는 문제가 있어 통신이 끊기거나 전력 송수신 효율이 급격히 낮아지는 게 문제였다.

이런 문제를 감안해 회로 구조를 설계해도 교류 신호를 전달하는 기판의 전기적 특성 때문에 성능이 떨어지는 현상이 그대로 남아 있었다.

정 교수는 "작동 주파수가 2.4기가헤르츠(㎓)인 블루투스 회로의 경우 30%만 느려도 주파수가 1.7㎓로 떨어진다"며 "디자인을 접목해도 1.9㎓까지 떨어지는 것으로 나타났다"고 설명했다.

이를 극복하기 위해 공동 연구팀은 RF용 신축성 기판을 개발하기로 하고, 신축성을 가진 고무 재질 소재에 세라믹 나노입자를 섞은 후 나노입자가 기판 내부에서 뭉치며 조립되는 공정을 적용한 기판을 개발했다.

이 기판은 고무 소재에 수백 마이크로미터(㎛, 100만분의 1m) 크기로 구형으로 뭉친 세라믹 나노입자 덩어리가 박힌 형태로, 기판을 당김과 동시에 덩어리가 찌그러지면서 기판의 유전율(물질에 전기장을 걸 때 전기장이 변하는 비율)이 떨어진다.

이런 특성을 회로의 주파수 대역과 맞춰 회로가 휘어질 때 생기는 주파수 변화를 유전율 변화가 보완함으로써 회로가 송수신하는 주파수 대역을 유지해 주는 것이다.

어떤 방향으로 30%까지 늘려도 성능을 그대로 유지하며, 열전도도도 높아 발열 문제도 해결했다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 개발한 기판을 응용해 90m 이상 장거리에서도 무선 통신이 가능한 전자피부도 개발했다.

이 전자피부는 기존 기술에서 측정이 어려웠던 뇌파나 신체 움직임, 피부온도 등 인체 신호를 원거리에서 측정하고 전송하는 데도 성공했다.

정 교수는 "무선 기능이 필요한 다양한 신축성 시스템에 적용될 수 있다"며 "차세대 통신 기술인 6G 이동통신 기능을 탑재한 신축성 무선 웨어러블 기기 개발에도 착수했다"고 말했다.

shjo@yna.co.kr

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