초박형 신축성 미세동작 감지 센서 개발

경북대학교는 배진혁 전자공학부 교수팀이 센서의 패턴화 및 민감도를 동시에 제어 가능한 통합 일체형 기술을 개발, 100㎛(마이크로미터) 수준 초박형 신축성 미세동작 감지 센서를 구현하는데 성공했다고 28일 밝혔다.

피부에 붙여도 부착여부를 인지할 수 없을 만큼 얇으면서 안정적으로 신체 움직임을 감지하고, 특히 무독성 저가 재료로 센서 개발이 가능해 헬스케어용 전자피부 상용화를 앞당길 것으로 기대된다.

피부와 같이 얇고 늘어날 수 있는 초박형 신축성 센서는 차세대 의료, 헬스케어, 로보틱스를 포함한 다양한 미래 IT·제조 분야에 응용이 가능하다. 피부와 유사한 초박형 신축성 스트레인 센서의 구현을 위해서는 얇고 인체에 무해해야 할 뿐만 아니라 센서 내 전류가 흐르는 영역인 활성층이 다른 단위 소자 및 회로와의 통합을 위해 패터닝이 될 수 있어야 한다. 또 다양한 응용을 위해 민감도의 정밀한 제어가 필요하다. 상용화를 위해 저가 재료를 기반으로 하는 단순하고 대량 생산 가능해야한다.

100㎛ 수준 초박형 신축성 미세동작 감지 센서를 구현한 연구팀. 왼쪽부터 배진혁 경북대 전자공학부 교수, 김도경 박사, 이진욱 석사과정생

연구팀은 인체에 무해한 탄성 기판의 광산화를 이용해 활성층의 패턴화와 민감도를 동시 제어할 수 있는 통합 일체형 기술을 제안했다. 이를 바탕으로 저가 나노재료 기반의 100㎛ 초박형 신축성 센서를 구현했다. 폴리디메틸실록산(PDMS)이라는 탄성 기판에서 특정 영역만 자외선 처리하는 방식으로 부분적 광산화를 유도해 신축 기판의 표면 에너지 및 탄성 계수를 제어했다.

이 방법으로 특정 영역에만 활성층인 은나노와이어를 형성하고 스트레인 센서의 감도를 조절했다. 이러한 초박형 신축성 스트레인 센서는 다양한 스트레칭 주파수와 반복적인 변형에도 안정적으로 작동해 다양한 신체 움직임의 감지가 가능하다.

배진혁 교수는 “개발된 공정은 신축성 전자소자 내 센서의 집적화가 가능하고 동시에 센서의 민감도도 손쉽게 조절 가능한 획기적인 기술이다. 이러한 집적화와 센서의 민감도 제어 기술은 신축성 전자소자의 응용분야 확대에도 기여할 것”이라고 밝혔다.

이번 연구 교신저자는 배진혁 교수와 김도경 박사(경북대 전자공학부 졸업, 현 LG 디스플레이 근무), 제1저자는 이진욱 석사과정생이다. 과학기술정보통신부가 추진하는 중견연구자지원사업과 지역지능화혁신인재양성사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 최근 미국화학회에서 발행하는 세계적 과학 저널인 '바이오메크로모레큘스'에 게재됐다.

대구=정재훈 기자 jhoon@etnews.com