수중에서도 스스로 손상 복원하는 '전자 피부'

분자 공학 기반 수중 환경 내 초고속 자가 치유가 가능한 압전 이온성 엘라스토머의 설계 개념도, 보로네이트에스터 결합과 소수성기를 기반으로 한 수중 환경 내 초고속 자가 치유 메커니즘 모식도, 이온 구속 및 방출 효과에 기초한 기계적자극 감지 메커니즘, 동적 소수성-가수분해 도메인의 개념도. 한양대 제공

국내 연구진이 대기에서는 물론 수중에서도 빠르게 손상을 복원하는 전자 피부를 개발했다. 웨어러블 헬스케어 기기 및 해양 탐사 로봇 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대된다.

한양대는 김도환 교수와 영우빈 KAIST 교수 공동연구팀이 수중 환경에서도 물리적 손상과 촉각을 스스로 복원하는 '자연모사형 압전 이온형 엘라스토머(탄성 플라스틱)'와 이에 기반한 전자 피부를 개발했다고 15일 밝혔다. 

연구팀은 해양 무척추동물이 피부의 수중 환경에서의 자가 치유 기능과 외부 자극을 감지하는 메커니즘에서 아이디어를 얻었다.

연구팀은 폴리우레탄에 풍부한 소수성을 나타내는 것을 의미하는 '탄소-불소기'와 물을 이용해 분해하는 '가수분해' 및 산과 알코올이 반응해 에스터를 형성하는 '에스터화'가 가능한 '보로네이트에스터' 결합을 도입했다. 이러한 성질을 모두 갖는 ‘동적 소수성-가수분해 도메인’을 보유한 초고속 자가 치유형 압전 이온성 엘라스토머를 처음으로 개발했다.

이번에 개발된 압전 이온성 엘라스토머는 동적 소수성-가수분해 도메인을 통해 보로네이트에스터 결합의 완전 가수분해를 방지한다. 이를 통해 수중에서 우수한 자가 치유 능력을 보였다. 탄소-불소기와 이온 사이의 이온-쌍극자 상호작용을 통한 수중에서의 우수한 촉각 기능도 확인됐다.

연구를 이끈 김 교수는 “이번 성과는 최근 주목받고 있는 웨어러블 헬스케어 기기와 해양 탐사 로봇 피부 등 새로운 촉각 인터페이스에 적용된 피부 모델로의 활용이 기대된다”고 말했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’에 8일(현지시간) 온라인 게재됐다. 연구팀은 관련 기술로 특허 1건을 출원 중이다.

수중에서도 스스로 손상 복원하는 전자 피부를 개발한 연구팀. 한양대 제공

[박정연 기자 hesse@donga.com]