[이뉴스코리아 이정민 기자] KAIST(총장 신성철) 신소재공학과 스티브 박 교수, 기계공학과 김정 교수, 한국전자통신연구원(ETRI) 심주용 박사 공동 연구팀이 균일한 성능과 이력 현상이 낮은 인공 피부 제작 기술을 개발했다.
연구팀이 개발한 기술은 향후 인공 피부, 헬스 케어 장비 등 다양한 분야에서 적용 가능할 것으로 기대된다.
오진원 석사가 1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘스몰(Small)’의 8월 16일 자 표지 논문으로 게재됐다. (논문명 : Highly Uniform and Low Hysteresis Piezoresistive Pressure Sensors based on Chemical Grafting of Polypyrrole on Elastomer Template with Uniform Pore Size)
최근 학계에서는 인공 피부 제작을 위해 촉각 센서 연구가 활발히 진행되고 있다. 촉각 센서 관련 연구는 센서의 민감도, 자극 측정 범위, 반응 속도 등 센서의 성능 개선에 집중돼 있다.
활발한 연구에 비해 센서의 상용화가 느린 이유는 센서 간 낮은 균일성과 지속적으로 발생하는 이력현상에 있다. 센서의 상용화와 나아가서 완벽한 인공 피부의 제작을 위해서는 두 가지 문제를 해결해야만 한다.
이력현상이란 촉각 센서에 압력이 가해질 때와 제거될 때 센서의 전기적 신호의 변화 양상이 차이를 나타내는 현상을 말한다. 즉, 센서에 같은 압력이 가해져도 다른 전기적 신호를 보일 수 있음을 뜻한다. 따라서 이력현상이 커지면 촉각 센서의 압력 측정 정확성이 떨어지는 문제가 발생한다.
센서 간 높은 균일성은 촉각 센서의 상용화에 있어 필수적인 요소다. 같은 조건으로 제작된 센서의 압력에 대한 민감도가 서로 다르면 센서의 측정 신뢰도가 떨어지게 되고 낮은 재현성으로 인해 상용화가 불가능하다.
연구팀은 낮은 이력현상과 센서 간 높은 균일성 확보를 위해 미세유체공정과 화학증착 기법을 활용했다. 그 결과, 균일한 크기의 기공을 갖는 고분자 스펀지를 만들어 냈다.
스펀지 기공의 크기는 1.43%의 변동계수 값을 보였다. 연구팀은 전산 시뮬레이션을 통해 스펀지의 기공의 크기의 변동계수 값이 클수록 센서 간 균일성이 낮아짐을 확인했다.
연구팀은 제작한 고분자 스펀지에 화학증착 기법을 통해 전도성 고분자를 코팅했다. 화학증착 기법은 증착 시간을 통해 증착되는 고분자의 양을 조절할 수 있어 균일한 코팅을 가능케 한다.
그 결과 제작된 센서는 센서 간 성능의 변동계수 값이 2.43%로 높은 균일성을 보였다. 또, 고분자 스펀지와 전도성 고분자가 강한 공유 결합을 형성해 2% 수준의 낮은 이력현상을 보임을 확인했다.
스티브 박 교수는 “이 기술은 실질적으로 센서의 상용화에 필요한 센서의 균일성을 높이며 이력현상은 감소시킬 수 있는 기술로, 센서의 상용화에 핵심기술로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.”라고 말했다.
이번 연구는 KAIST 자체 연구사업인 KKI 국제공동연구와 글로벌특이점연구의 귀중한 지원을 받아 수행됐다.