7배 늘어나도 끄떡없는 전자기판, 나무뿌리에서 아이디어 얻어

'스트레처블 발광다이오드 디스플레이' 적용 가능성 입증

나무뿌리 모방해 높은 신축성을 확보한 전자기판을 개발한 연구진. 왼쪽부터 KAIST 박인규 교수, 김혜진 연구원, 오스만 굴 박사과정생, 김택수 교수. KAIST 제공

나무뿌리가 흙에 단단히 고정되는 구조를 모방해 최대 700%까지 늘어나는 신축성을 가진 전자기판이 개발됐다. 스마트 저항 밴드와 스트레처블 발광다이오드(LED) 디스플레이, 태양 전지에 활용될 수 있는 기술이다. 연구팀은 스트레처블 전자 제품 상용화를 위한 새로운 기준을 제시했다고 평가했다.

KAIST는 박인규 기계공학과 교수 연구팀이 한국전자통신연구원(ETRI)과 공동연구를 통해 스트레처블 전자 제품에 사용되는 전자기판을 위한 ‘생체 모사 인터페이스 설계(BIEFI)’를 개발했다고 6일 밝혔다. 연구팀은 “생체 모사 인터페이스 설계를 기반으로 전자 제품의 유연성, 신축성과 기계적 내구성을 동시에 극대화하는 데 성공했다”고 말했다.

연구팀은 ‘주 뿌리’와 ‘보조 뿌리’ 구조를 기판 설계에 적용해 응력을 분산시켰다. 주 뿌리는 응력을 효과적으로 분산시키며 인터페이스 균열을 지연시키는 역할을 한다. 보조 뿌리는 기판 사이의 접착력을 강화하고 변형 중에도 인터페이스의 안정성을 유지하도록 돕는다. 

'주 뿌리'가 응력을 분산시키고 '보조 뿌리'가 균열 전파와 계면 박리를 방지하도록 설계된 전자기판의 구조를 나타낸 모식도. KAIST 제공

기판은 최대 700%까지 늘어나는 신축성을 확보했다. 1000회 이상의 물리적 변형 시도에도 안정적인 구조를 유지했다. 늘림, 비틀림, 압축 등 다양한 물리적 변형에도 견딜 수 있도록 설계됐으며 반복적인 변형에도 수명이 길다. 

특히 실시간으로 운동 데이터를 측정할 수 있는 스마트 저항 밴드에 적용하자 사용자의 운동 강도와 균형을 정밀하게 분석했다. 다양한 피트니스 활동에 적용됐다.

스트레처블 LED 디스플레이는 늘림, 구부림, 비틀림 등 여러 변형에도 안정적으로 작동했다. 유연한 태양 전지는 에너지를 저장하고 LED를 구동하는 데 성공해 에너지 하베스팅과 저장 장치 잠재력을 입증했다.

연구를 이끈 박인규 교수는 “생체 모사형 설계가 차세대 전자 기술을 위한 새로운 표준이 될 수 있다"며 "인터페이스 설계의 최적화와 접착력 향상, 더욱 복잡한 뿌리 구조 모방 등을 통해 기술을 발전시켜 나갈 계획”이라고 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’에 지난달 4일 게재됐다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1038/s41467-025-56502-9

[박정연 기자 hesse@donga.com]