3D프린터로 '탄소나노복합체' 쉽게 만든다

- DGIST 김회준 교수팀, 3D 프린터로 새 압력센서 개발

김회준(왼쪽) DGIST 교수와 김항겸 석사과정생.[DGIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 대구경북과학기술원(DGIST)은 로봇공학전공 김회준 교수팀이 3D 프린터로 제작한 탄소나노복합체를 이용해 다축 압력 및 온도 측정이 가능한 센서를 개발했다고 8일 밝혔다. 기존 탄소나노복합체가 갖는 단점들을 극복한 이번 연구결과는 향후 웨어러블 분야 및 다양한 로봇분야에 적용 가능할 것으로 기대된다.

최근 다양한 기능성 소재를 활용한 센서 관련 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중에서도 탄소나노복합체는 유연성 필요한 센서에 적용 가능한 소재로 차세대 센서소재로 각광받고 있지만 복잡한 공정과정에 고가의 생산 장비가 필요한 단점이 있다. 또한 소재가 갖는 높은 민감도에도 불구하고 압력을 측정하는 범위가 좁아, 이를 개선하기 위한 연구도 지속적으로 진행되고 있는 상황이다.

연구팀은 먼저 제작이 까다롭던 탄소나노복합체를 손쉽게 만들 수 있는 3D 프린터 필라멘트를 개발했다. 그리고 김회준 교수팀은 개발한 필라멘트를 이용해 제작이 까다롭던 탄소나노튜브 기반의 복합체를 기존보다 더 빠르고 저렴하게 제작하는데 성공했다.

이후 제작된 탄소나노복합체를 활용해 기존의 단점을 보완한 새로운 센서를 개발했다. 개발된 센서는 압력을 측정하는 압력축을 여러 개로 늘려 압력 측정의 범위를 늘리고 이를 온도를 감지하는 센서와 통합하는 등 여러 방면에서의 최적화를 진행했다.

또한 센서는 중간에 비어있는 구조로 제작돼, 센서가 여러 방향에서 가해지는 압력을 유연하면서도 정확하게 측정할 수 있게끔 했다. 개발한 센서는 기존 센서의 단점들을 보완하고, 구조적인 장점까지 갖춤으로써 낮은 압력의 측정이 필요한 웨어러블 분야부터 높은 범위의 압력이 필요한 로봇분야까지 폭넓은 분야에 적용이 가능한 장점을 지닌다. 온도 센서와 통합돼있기 때문에 외부 온도변화에 따른 센서값 보정을 통해 보다 정확한 압력 측정이 가능하다는 장점도 갖고 있다.

탄소복합체 3D프린팅 기반 압력센서 및 응용 모식도. (상) 탄소나노튜브 (CNT) 기반 탄소나노복합체 필라먼트 제작 및 상용 3D에의 응용. (하-좌) 다축 압력센서와 온도보정센서가 탑재된 센서 조감도. (하-우) 개발 센서가 탑재된 신발 조감도 및 보행분석에의 응용.[DGIST 제공]

김회준 교수는 “생체 및 로봇에 적용할 유연 박막형 압력센서를 연구하던 중 측정범위가 너무 낮은 한계에 도달해 이번 연구를 진행하게 됐다”며 “추후 탄소나노소재 외에도 다양한 소재와 3D 프린터를 활용한 센서 제작이 가능한 만큼 지속적인 연구를 진행할 것”이라고 말했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘컴파짓 파트 B: 엔지니어링’ 6월 16일자 온라인 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com