UNIST "가스 정밀 측정하는 초저전력·초소형 전자코 개발"

나노 공정·딥러닝 결합해 구현 성공…"모바일·IoT 장치에 적용"

(울산=연합뉴스) 김용태 기자 = 가스를 정밀하게 측정할 수 있는 초저전력·초소형 전자코를 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 개발했다.

13일 UNIST에 따르면 기계공학과 신흥주 교수팀과 전기전자공학과 김재준 교수팀은 나노 공정과 딥러닝 기술을 결합해 가스의 종류와 농도를 정밀 측정할 수 있는 전자코를 구현하는 데 성공했다.

개발된 전자코는 나노 히터 기반 반도체 가스 센서를 사용한다.

일반적인 센서가 높은 작동 온도로 많은 전력을 소모하는 반면, 이 센서는 200마이크로와트(㎼·100만분의 1W) 이하 전력으로도 작동된다.

연구팀은 센서 소형화를 통해 높은 전력 소모를 줄일 수 있었다.

여기에 듀티 사이클링(Duty Cycling) 기술을 도입해 전력 소모를 추가로 90% 줄였다.

듀티 사이클링은 전력을 주기적으로 공급하고 차단해 에너지 사용을 최소화하는 기술이다.

나노 히터는 10만분의 1초 만에 250도까지 순간 가열과 상온으로 냉각이 가능해 짧은 듀티 사이클에서도 원활한 가스 측정이 가능하다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 또 여러 센서가 필요하던 기존 전자코 구조를 단일 센서로도 작동하도록 개선했다.

나노 히터의 즉각적인 가열·냉각 속도에 비해 반도체 물질 표면의 가스 흡착 반응은 상대적으로 느리다.

듀티 사이클링을 빠르게 반복하면 전원이 꺼진 상태에서도 흡착된 가스가 남아 있어 가스 반응 신호를 얻을 수 있게 된다.

이 때문에 전원이 켜진 상태와 꺼진 상태에서 서로 상이한 센서 신호를 수집할 수 있게 돼 단일 센서만으로 마치 두 개의 센서가 작동하는 효과를 얻을 수 있다.

신흥주 교수는 "기존 전자코의 한계를 단일 센서로 해결할 수 있게 됐다"며 "소형화가 필수적인 모바일·사물인터넷(IoT) 장치에 쉽게 적용할 수 있다"고 말했다.

김재준 교수는 "저전력·초소형 가스 측정 장치를 구현할 수 있어 실시간 무선 모니터링 시스템 등 다양한 응용 분야에서 활용될 수 있을 것"이라고 덧붙였다.

연구 결과는 나노 기술 전문 학술지 '스몰'(Small)과 학술지 'ACS 센서스'(ACS Sensors)에 게재됐다.

나노 히터 기반 가스 센서는 2022년 9월에, 전자코 기술은 올해 6월 발표돼 각각 표지 논문으로 선정됐다.

연구는 한국연구재단, 산업통상자원부, 과학기술정보통신부의 지원을 받았다.

yongtae@yna.co.kr

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