“자율주행차 교통사고 원천봉쇄” 1분만에 자가치유되는 신기한 렌즈 나왔다

- 태양광으로 60초 만에 흡집 제거
- 자율주행차 센서 신호 왜곡 방지

한국화학연구원이 개발한 자가 치유 렌즈 시연 모습.[한국화학연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] “단 1분이면 자율주행차 센서 렌즈의 표면 스크래치를 스스로 복원시켜 오작동 사고를 막는다.”

한국화학연구원 김진철, 박영일, 정지은 박사 연구팀은 경북대와 함께 자율주행차의 센서 렌즈에 생기는 스크래치를 즉각 없앨 수 있는 신개념 소재를 개발했다.

이 자가치유 광학 소재를 자율주행차의 센서에 활용할 경우 제품의 사용 기대 수명을 늘릴 수 있으며, 표면 손상으로 인한한 오작동 사고를 방지할 수 있는 미래기술 확보가 가능할 것으로 전망된다.

렌즈는 빛을 모으거나 분산시키는 도구로 카메라, 핸드폰, 안경, 거리 측정용 센서 등 일상의 수많은 광학기기에 사용된다. 하지만 렌즈 표면이 스크래치 등에 의해 손상되면 광학기기에서 받아들이는 이미지나 광신호는 실제와 비교하여 심하게 왜곡된다.

특히 자율주행차의 라이다(LiDAR) 센서나 이미지 센서 등의 비전 시스템* 인식 오류 및 오작동으로 인한 교통사고 사례가 반복됨에 따라 자율주행 자동차의 안전성에 대한 신뢰도는 오히려 낮아지고 있는 상황이다. 실제 센서 표면의 흠집으로 인해 신호 왜곡이 발생하면 자율주행차 교통사고로 이어질 위험이 크다.

공동연구팀은 돋보기와 같은 간단한 도구를 사용하여 햇빛을 모으면 센서 표면에 생기는 긁힌 자국을 60초 이내에 제거할 수 있는 투명한 렌즈 소재를 개발했다.

자가치유가 잘 이루어지기 위해서는 고분자 내 분자 이동이 자유롭고 소재가 유연해야 하는데, 일반적으로 렌즈나 렌즈 보호용 코팅 소재는 단단한 물질로 이루어져 있으므로 자가치유 기능을 부여하기가 매우 어렵다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 이미 렌즈 소재로 활용되고 있는 티오우레탄 구조 내에 투명한 광열염료를 섞은 후 햇빛을 비추어 고분자들이 해체와 재결합을 반복하는 ‘동적 화학결합’을 설계했다.

개발된 소재는 햇빛이 흡수되면 빛 에너지가 열 에너지로 바뀌면서 표면 온도가 올라가고, 온도가 올라가면 고분자들이 원래의 그물망 구조에서 해체돼, 떨어졌다 붙었다를 반복하며 자가치유 된다. 개발된 소재는 흠집이 서로 교차하여 난 경우에도 100% 자가치유 되며, 같은 위치에 흠집을 내고 치유하는 과정을 5회 이상 반복하여도 자가치유 효율을 100% 유지하는 우수한 복원력을 보였다.

이번 연구를 수행한 한국화학연구원 연구진. 정효철(왼쪽부터) 박사, 박영일 박사, 김진철 박사, 정유진 박사, 정지은 박사, 이상화 박사.[한국화학연구원 제공]

먼지나 표면 오염에 의한 센서 오작동을 방지하고자 하는 연구들은 보고된 바 있으나 렌즈 표면의 물리적 손상을 회복하여 센서 오작동을 방지하는 본 기술은 신규 기술로 기술적 우위를 선점할 수 있을 것으로 기대된다.

이영국 한국화학연구원 원장은 “이 기술은 값싼 고굴절 고분자 소재와 광열 염료를 이용하여 자가치유가 가능한 렌즈 소재를 합성하는 플랫폼 기술로, 자율주행 자동차 센서 뿐만 아니라 안경이나 카메라 등 다양한 응용 분야에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘ACS 어플라이드 머티리얼즈 앤 인터페이스’ 2월호에 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com