아주대, 생체 신호 감지하는 피부 부착 광센서 개발

아주대·서울시립대 공동 연구팀 성과
초박막·초유연 근적외선 광센서 개발

[이데일리 신하영 기자] 아주대 연구진이 공동 연구에서 초박막·초유연 근적외선 광센서를 개발했다.

박성준 아주대 전자공학과·지능형반도체공학과 교수(사진=아주대 제공)

아주대는 아주대·서울시립대 공동 연구팀이 이러한 연구 성과를 거뒀다고 5일 밝혔다. 두께가 3마이크로미터에 불과한 이 센서는 기존 광센서를 뛰어넘는 속도와 감도를 갖춘 데다 유연성까지 우수해 피부 부착형 센서로 활용 가능하다.

이번 연구에선 아주대 석박사 통합과정 김재현 학생(지능형반도체공학과), 서울시립대 박사과정 최효정 학생(전자전기컴퓨터공학부), 일본 오사카대 후쿠다 겐지로(Kenjiro Fukuda) 교수(전기전자정보통신공학부)가 공동 제1저자로 참여했다. 공동 교신저자는 박성준 아주대 교수(전자공학과·지능형반도체공학과), 일본 도쿄대의 소메야 타카오(Takao Someya) 교수(전기공학정보시스템학부), 서울시립대 김혁 교수(전자전기컴퓨터공학부)가 맡았다.

광센서(Photo Sensor)는 빛의 변화·강도를 감지해 특정 물체의 존재나 크기 혹은 상태 등을 파악하는 데 활용된다. 그 중 ‘근적외선 유기 광검출기(NIR-OPD)’란 우리 눈에 보이지 않는 근적외선(NIR) 영역의 빛을 전기 신호로 변환할 수 있는 유기 반도체 기반 센서다.

이 기술을 활용하면 미세한 빛을 노이즈 없이 감지할 수 있어 생체 신호나 특정 가스의 농도 등의 정보를 센싱할 수 있다. 이에 최근 △웨어러블 헬스케어 △피부 부착형 기기 △무선 광통신 △휴먼·머신 인터페이스 등 다양한 분야에서 핵심 요소로 주목받고 있다. 가볍고 유연한 유기 반도체 소재의 특성 덕분에 실제 피부나 의류에 밀착할 수 있어서다.

공동 연구팀은 다학제적 협력을 통해 기존 센서의 속도·감도·유연성의 한계를 해결하는 연구를 수행했다. 특히 전하 전달 효율을 향상시키는 방식으로 유기 소자의 고속 응답성과 유연성을 동시에 확보할 수 있는 기술적 돌파구를 제시했다.

연구팀은 이를 바탕으로 두께 3μm 수준의 유기 광감지 소자 개발에 성공했다. 또한 이러한 고속·고감도 특성을 피부 부착 환경에서도 유지하도록 설계했다. 실제 사람 피부 위에서 100m 이상 떨어진 곳에서 나오는 영상의 오디오 신호를 안정적으로 수신할 수 있는 센서 시스템을 구현하는 데에 성공한 것이다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 나노·소재 기술 개발 프로그램 등의 지원을 받아 수행했다. 연구 결과는 국제 저명 학술지(Nature Communications)에 게재됐다.

박성준 아주대 교수는 “초박막화와 계면 설계를 동시에 고려한 이번 접근법은 실제 인체 환경에서의 신뢰성을 한 단계 끌어올린 사례”라며 “웨어러블 기반 광통신과 차세대 헬스케어 기술의 실질적 적용 가능성을 크게 높였다”고 설명했다. 김혁 서울시립대학교 교수는 “해당 기술은 피부 부착형 센서와 장거리 무선 광통신 등 다양한 웨어러블 응용으로 확장될 잠재력이 크다”고 말했다.

신하영 (shy1101@edaily.co.kr)