[세종=뉴스핌] 이태성 기자 = 자율주행 자동차의 안전성 문제가 대두되는 가운데 자율주행을 위한 센서 렌즈 표면 스크래치를 스스로 복원할 수 있는 자가치유 렌즈 소재가 개발됐다.

한국화학연구원 김진철·박영일·정지은 박사 연구팀과 경북대 김학린·정인우 교수 연구팀은 자율주행차의 센서에 생기는 스크래치가 스스로 치유되는 소재를 개발했다고 20일 밝혔다.

지난해 개발된 '햇빛만으로 자가치유되는 자동차 코팅소재' 기술을 발전시켜 '구조적 회복'뿐만 아니라 광신호 회복과 같은 '기능적 회복'까지 가능하게 했다. 

광학기기에 자주 사용되는 렌즈는 표면이 스크래치 등에 의해 손상되면 기기에서 받아들이는 이미지나 광신호가 왜곡되는 문제가 발생한다.

특히 자율주행차의 경우 센서 오류가 교통사고로 이어질 위험이 있어 센서 표면에서의 신호 왜곡을 방지할 수 있는 기술의 중요성이 크다.

자율주행차 교통사고를 예방하는 자가치유 렌즈 소재를 개발한 한국화학연구원 연구팀 [사진=한국화학연구원] 2023.04.20 victory@newspim.com

이에 화학연과 경북대 공동연구팀은 돋보기와 같은 도구를 사용해 햇빛을 모으면 센서 표면에 생기는 긁힌 자국을 60초 이내에 제거할 수 있는 투명한 렌즈 소재를 개발했다.

자가치유가 잘 이뤄지려면 고분자 내 분자 이동이 자유롭고 소재가 유연해야 하는데 일반적으로 렌즈나 렌즈 보호용 코팅 소재는 단단한 물질로 이루어져 있어 자가치유 기능을 부여하기가 어렵다.

이를 해결하기 위해 연구팀은 이미 렌즈 소재로 활용되고 있는 티오우레탄 구조 내에 투명한 광열염료를 섞은 후 햇빛을 비춰 고분자들이 해체와 재결합을 반복하는 '동적 화학결합'을 설계했다.

개발된 소재는 햇빛이 흡수되면 빛 에너지가 열 에너지로 바뀌면서 표면 온도가 올라가고, 온도가 올라가면 고분자들이 원래의 그물망 구조에서 해체돼 자가치유 된다.

개발된 소재는 흠집이 서로 교차해서 난 경우에도 100% 자가치유 되며 같은 위치에 흠집을 내고 치유하는 과정을 5회 이상 반복해도 자가치유 효율을 100% 유지하는 우수한 복원력을 보였다.

먼지나 표면 오염에 의한 센서 오작동을 방지하고자 하는 연구들은 기존에 보고된 바 있으나 렌즈 표면의 물리적 손상을 회복해 센서 오작동을 방지하는 기술은 처음이다.

연구팀은 이번에 개발된 자가치유 광학 소재를 자율주행차의 센서에 활용할 경우 제품의 사용 기대 수명을 늘리고, 표면 손상으로 인한 오작동 사고를 방지할 수 있는 미래기술 확보가 가능할 것으로 전망했다.

이영국 화학연 원장은 "값싼 고굴절 고분자 소재와 광열 염료를 이용해 자가치유가 가능한 렌즈 소재를 합성하는 플랫폼 기술"이라며 "자율주행 자동차 센서뿐만 아니라 안경이나 카메라 등 다양한 응용 분야에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

한편 이번 연구 결과는 과학기술 분야 국제학술지 'ACS 어플라이드 머티리얼즈 앤 인터페이스(ACS Applied Materials and Interfaces)' 2월호에 게재됐다.

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