[쿠키과학] 상처를 10초만 원상복구하는 전자피부 기술

서울시립대, 전자피부 마찰·찢어짐 80% 이상 초고속 복구기술 개발
극한 환경서 근전도·심전도 안정적 측정
웨어러블 의료기술 적용 기대

자가치유 기능을 가진 전자피부 개략도. 인간피부와 유사한 영률 100kPa와 굴곡진 부분도 높은 접착력을 갖는다. (오른쪽)전자피부가 손상됐을 때 복구 메커니즘, 이황화 결합(S-S)이 끊어졌다가 다시 결합 교환으로 자가 회복되는 과정. 서울시립대

사람피부를 모방한 전자피부는 웨어러블기기의 가장 진화한 형태 중 하나로, 특히 헬스케어 분야에서 활용도가 높다.

이를 활용해 세계적으로 인체에 부착하면 촉각을 느끼거나 생체신호를 모니터링하고, 부착 부위의 상처를 치료하는 등 다양한 기능을 개발 중이다.

하지만 전자피부는 반복사용으로 발생하는 마찰, 찢어짐, 스크래치 등 기계적 손상에 취약해 장기간 착용이 어렵고 손상 시 성능저하가 불가피하다는 단점이 있다.

현재 손상을 80%까지 복구하는 전자피부가 개발됐지만, 복구까지 1분 가량 측정이 단절되고 복구를 위해 열과 빛 등의 외부자극이 필요해 실용화가 어려웠다.

초고속속 자가치유 전자피부

한국연구재단은 서울시립대 김혁 교수팀이 마찰과 찢어짐을 10초 내 원상복구하는 전자피부를 개발했다고 19일 밝혔다.

연구팀은 외부자극 없이 10초 내에 80% 이상의 기능을 복구할 수 있는 초고속 자가치유 전자피부를 개발하고,  실시간 생체신호 모니터링 및 인공지능(AI) 기반 근육피로 평가기술을 구현할 수 있음을 확인했다

(왼쪽)10초 이내에 80% 이상의 자가치유 성능을 보여 기존 연구보다 빠르고 높은 치유 성능을 입증한 그래프 (오른쪽)빠른 치유 속도(10초), 높은 치유 능력(80% 이상), 상온 치유 가능성 등을 보여주는 성과. 서울시립대

연구팀은 전자피부의 자가치유 성능을 높이기 위해 다양한 화합물을 합성, 최적 조건을 구현했다.

아울러 유연한 열가소성 폴리우레탄에 이황화물 화합물을 도입해 열이나 빛 등 외부자극 없이도 재결합할 수 있는 이황화 결합을 형성토록 설계했다.

또 복원력 향상을 위해 분자이동성이 높은 비대칭 고리구조 디이소시아네이트(IPDI)를 첨가해 자가치유 능력을 극대화했다.

이를 통해 개발한 자가치유 전자피부는 상온에서 10초 이내에 기능을 80% 이상 회복하는 성능을 보였다. 

특히 고온, 고습, 저온, 수중 등 극한 환경에서 근전도와 심전도를 안정적으로 측정할 수 있고, 인위적으로 절단해도 자가치유를 거쳐 신호를 안정적으로 유지함을 확인했다.

이와 함께 연구팀은 전자피부 센서를 딥러닝 기반 빅데이터 해석 모델과 결합해 실시간 근육피로를 모니터링하는 실험도 성공했다.

김 교수는 “이번 연구는 자가치유형 전자피부의 주요 난제를 해결해 차세대 웨어러블 의료기술 발전과 상용화를 촉진하는 데 기여할 것”이라며 “향후 건강 예측, 질병 조기진단, 맞춤형 의료솔루션 개발 등 헬스케어 데이터 분석 활성화를 촉진시킬 것으로 기대된다”고 설명했다.

이어 “운동선수, 재활환자, 고위험 근로자의 부상 예방과 효율적 치료계획 수립에도 유용할 것”이라며 “사용자 피로도를 사전에 감지하여 사고예방과 업무효율성 향상에도 유용할 전망”이라고 덧붙였다.

 한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업의 지원을 받아 수행됐고, 연구결과는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’ 지난달 12일자에 게재됐다.
이재형 기자 jh@kukinews.com