균일한 성능 인공피부 개발, 카이스트 스티브박 교수팀

좌측부터 스티브 박 교수와 오진원 석사

카이스트(KAIST) 스티브박(신소재공학과), 김정(기계공학과) 교수, 한국전자통신연구원(ETRI) 심주용 박사 공동 연구팀은 균일한 성능과 이력현상이 낮은 인공 피부 제작 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.

인공 피부 제작을 위해 최근 촉각 센서 연구가 활발히 진행되고 있다. 주로 센서의 민감도, 자극 측정 범위, 반응 속도 등 센서의 성능 개선에 집중돼 있다.

그러나 센서의 상용화를 막는 가장 큰 걸림돌은 센서 간 낮은 균일성과 ‘이력현상’이다.

이력현상이란 촉각 센서에 압력이 가해질 때와 제거될 때 센서의 전기적 신호의 변화 양상이 차이를 나타내는 현상을 말한다. 즉, 센서에 같은 압력이 가해져도 다른 전기적 신호를 보일 수 있음을 뜻한다. 따라서 이력현상이 커지면 촉각 센서의 압력 측정 정확성이 떨어지게 된다. 

센서 간 높은 균일성은 촉각 센서의 상용화에 필수적이다. 같은 조건으로 제작된 센서의 압력에 대한 민감도가 서로 다르면 센서의 측정 신뢰도가 떨어지게 되고 낮은 재현성으로 인해 상용화가 불가능하다.

연구팀은 낮은 이력현상과 센서 간 높은 균일성을 확보하기 위해 미세유체공정을 활용,균일한 크기의 기공을 갖는 고분자 스펀지를 제작했다.

스펀지 기공의 크기는 1.43%의 변동계수 값을 보였다. 연구팀은 전산 시뮬레이션을 통해 스펀지의 기공의 크기의 변동계수 값이 클수록 센서 간 균일성이 낮아짐을 확인했다.

이어 제작한 고분자 스펀지에 화학증착 기법을 통해 전도성 고분자를 코팅했다. 화학증착 기법은 증착 시간을 통해 증착되는 고분자의 양을 조절할 수 있어 균일한 코팅이 가능하다.

그 결과 제작된 센서는 센서 간 성능의 변동계수 값이 2.43%로 높은 균일성을 보였다. 또한, 고분자 스펀지와 전도성 고분자가 강한 공유 결합을 형성해 2 % 수준의 낮은 이력현상을 보임을 확인했다.

스티브 박 교수는 “센서의 상용화에 필요한 센서의 균일성을 높이며 이력현상은 감소시킬 수 있는 기술로, 인공피부나 헬스케어 장비 등 센서의 상용화에 핵심기술로 활용할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

오진원 석사가 1 저자로 참여한 이번 연구결과는 국제학술지 ‘스몰(Small)’ 8월 16일자 표지논문으로 게재됐다.

대전=임정재 기자 jjim61@segye.com