내 몸에 딱 맞는 스킨 일렉트로닉스 만드는 3D 프린팅 기술 나왔다

KIST 정승준 책임연구원 연구팀 연구 성과
국제학술지 네이처 일렉트로닉스 표지논문 게재

신축성과 전도도가 높은 소프트 전도체를 자유롭게 그릴 수 있는 신개념 3차원(3D) 프린팅 기술을 국내 연구진이 개발했다. 개인 맞춤형 웨어러블 기기를 만들 수 있는 스킨 일렉트로닉스 기술로 발전시킬 수 있을 전망이다.

과학기술정보통신부는 한국과학기술연구원(KIST) 소프트융합소재연구센터 정승준 책임연구원 연구팀이 신개념 전방위 프린팅 공정 기술을 이용해 사용자 맞춤형 자유 형상 스킨 일렉트로닉스를 구현하는 데 성공했다고 21일 밝혔다.

소프트 전도체의 전방위 삼차원 프린팅 과정 및 실제 프린팅한 하부 지지층 없는 자유형상 삼차원 구조의 모습. /KIST

이번 연구는 과기정통부의 나노소재기술개발사업과 KIST 주요사업, 세종과학펠로우쉽의 지원을 받아 수행됐다. 연구 성과는 국제 학술지인 네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)에 이날 표지 논문으로 게재됐다.

스킨 일렉트로닉스는 피부처럼 부드럽고 늘어날 수 있는 전자기기로 사람의 피부와 장기에 빈틈없이 붙어 기존에는 감지가 어려웠던 실시간 바이오 시그널을 고정밀도로 감지하는 역할을 한다. 문제는 스킨 일렉트로닉스를 만들기가 쉽지 않다는 점이다. 사용자 신체와 사용 목적에 맞는 자유 형상 디자인과 맞춤형 공정이 가능해야 하고, 높은 집적도를 위해 복잡한 삼차원 회로 구현이 필요하다.

기존 반도체 공정이나 3D 프린팅 기술로는 다양한 곡면을 가지는 신체에 맞춰 자유롭게 변형할 수 있는 회로를 제작하는 게 쉽지 않았다.

KIST 정승준 책임연구원 연구팀은 스킨 일렉트로닉스의 핵심 소재인 소프트 전도체를 삼차원으로 직접 그릴 수 있는 기술을 개발하는 데 성공했다. 기존에 보고된 전도성 잉크로 삼차원 구조를 가지는 회로를 제작할 경우, 외부 충격이나 기계적 변형에 의해 쉽게 부서지거나 성능이 저하되는 한계가 있었다. 연구팀은 잉크의 유화작용을 이용해 전방위로 자유로운 삼차원 프린팅이 가능하면서 동시에 노즐이 막히는 문제 또한 획기적으로 줄일 수 있는 소프트 전도성 소재를 개발했다.

전방위 삼차원 프린팅은 기존에 한 층씩 쌓아가는 3D 프린팅과 달리 하부층 없이 3차원으로 프린팅을 할 수 있는 기술을 말한다. 연구팀은 이를 통해 150% 이상 늘어나도 높은 전도도가 유지되는 소프트 전극을 전방위로 자유롭게 직접 그릴 수 있었다.

정승준 KIST 책임연구원은 “이번 연구를 통해 개발된 소프트 전극 소재 및 공정 기술은 기존 정형화 된 전자기기의 디자인 한계를 뛰어넘어 새로운 폼팩터를 가지는 웨어러블 기기 제작에 기여하고, 나아가 사물인터넷, 가상 증강 현실을 위한 인터페이스, 바이오 인터페이스 등 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

과기정통부와 KIST는 이번 연구를 통해 개발된 소프트 전도성 소재의 양산 가능성을 검토하고 있다. 실제 양산에 성공하면 웨어러블 및 생체 의학기기, 소프트 로봇, 프린팅 산업 전 분야에서 큰 파급 효과가 있을 것으로 예상된다.

참고자료

Nature Electronics, DOI : https://www.nature.com/articles/s41928-023-00949-5

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