[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 전자피부(electronic skin)는 사람 피부처럼 외부에서 입력되는 물리적, 화학적, 기계적 자극을 전기적 신호로 바꿔 감지할 수 있는 전자 소자다. 최근 사용자와 전자기기간의 상호작용에 대한 관심이 커지면서 전자피부로 감지한 정보를 직관적으로 전달할 수 있는 정보의 시각화에 대한 관심이 커지고 있다.

유니스트(UNIST·울산과학기술원) 에너지 및 화학공학부 고현협·백충기 교수팀은 듀크대 스티븐 크레이그(Craig) 교수팀과의 공동연구를 통해 색상변화로 외부 자극을 효과적으로 표현할 수 있는 인공전자피부를 개발했다고 10일 밝혔다.

외부 힘(굽히는 힘)에 의해 변색이 일어난 모습. [사진=UNIST]

연구진에 따르면 전자피부는 높은 센서 특성을 통해 최근에는 로보틱스, 헬스케어, 플랙서블 전자기기, 의료 및 재활 장치 등의 다양한 응용분야에 적용 가능한 차세대 핵심기술로 주목받는다.

전자피부 재료로 사용되는 역학 변색형 고분자 소재의 경우 가공성이 좋고 별도 전원 공급 없이 외부자극에 따른 색상 변화가 나타난다는 장점이 있다. 하지만 색상 변화가 나타나기 위해서는 강한 외부 자극이 필요하다는 문제점이 있었다.

공동연구팀은 복합 고분자 소재(PDMS) 필름의 다공성 마이크로 구조화 및 나노입자(SNPs)의 도입을 통해 외부 자극에 대한 민감도 문제를 해결했다.

복합소재에 미세한 구멍을 만들고 그 안에 기계적 강도가 높은 실리카 나노입자를 코팅해 만들어진 이 인공전자피부는 외부 압력이 가해질 때 변색이 일어나는 소재에 전달되는 힘의 양을 증가시켜 반응 민감도를 높였다.

서로 다른 기계적 특성을 갖고 있는 경우 기계적 특성의 차이에 의해 힘이 미세 구멍과 실리카 나노입자 주변으로 집중되는 원리를 이용한 것이다.

또한 미세 구멍과 실리카 나노 입자에 의한 에너지 분산 효과로 인해 신축성이 기존 재료 대비 최대 400% 증가하는 효과도 얻었다.

연구진은 “변색 고분자의 외부자극 민감도 향상을 위한 기존 연구는 분자단위의 변형 수준에서 진행돼 왔다”며 “마이크로·나노 구조 변형을 통해 민감도를 향상시킨 연구는 최초”라고 전했다.

또한 이 고분자 복합 소재의 경우 PDMS를 기질(matrix)로 사용하고 있기 때문에 은나노와이어 기반의 투명전극과 융합을 통해 마찰전기 센서로도 사용될 수 있다. 마찰 전기와의 복합화를 통한 이중 모드 인공전자피부는 음성인식, 동작인식 센서 등 다양한 분야에 적용이 가능하다.

고현협　교수는 “이번 성과는 복잡한 전기 신호 기반의 인공전자피부와 달리 시각적인 색깔 변화로 외부 자극의 세기를 검출할 수 있어 차세대 인공전자피부 기술에 대한 핵심적인 역할을 할 것”이라고 기대했다. 

이번 연구결과는 재료 분야 국제학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)'에 지난달 9일 게재됐다. 

kimys@newspim.com