정희태 KAIST· 김도환 숭실대 교수팀 공동연구, 포유류 촉각원리 구현
'초고감도·초저전력·고신축성' 전자피부···"생체진단·의료·재난 구조 등 활용" 

인간을 포함한 포유류 피부의 외부압력 센싱과정(상)과 개발된 생체 모사형 전자피부의 촉각센싱과정을 나타내는 모식도. <자료=미래창조과학부 제공>
인간을 포함한 포유류 피부의 외부압력 센싱과정(상)과 개발된 생체 모사형 전자피부의 촉각센싱과정을 나타내는 모식도. <자료=미래창조과학부 제공>
소리와 압력의 변화를 느낄 수 있는 전자피부가 나왔다. 

향후 전자피부가 부착된 차세대 소프트로봇이 촉각피드백을 통해 환자의 건강상태를 알려주거나 인간보다 정교하고 세밀한 수술을 하는 일 등이 가능해질 전망이다. 

미래창조과학부(장관 최양희)는 정희태 KAIST 교수팀과 김도환 숭실대 교수팀이 공동연구를 통해 포유류의 피부를 구성하는 촉각세포가 외부압력을 감지하는 원리를 구현해 인간피부를 능가하는 전자피부를 개발했다고 4일 밝혔다. 

최근 인간 친화형 웨어러블 전자기기와 지능형 로봇기술이 발전하면서 주변 환경을 실시간으로 인지하고 피드백 정보를 정확하게 제공하는 기술의 중요성이 커지고 있다. 

하지만 인간의 피부가 수 킬로파스칼(kPa)에서 메가파스칼(MPa)의 압력까지 인지하는 것과는 달리 기존 전자피부는 1kPa 미만의 특정 압력 범위에서만 민감하게 반응하는 한계가 있다. 

이로 인해 인간 피부와 같이 넓은 압력구간의 인지와 감지 신뢰성, 고민감도를 갖는 전자피부의 구현 기술에 대한 연구가 절실했다. 

이에 연구팀은 포유류의 피부를 구성하는 촉각세포와 외부압력을 감지하는 원리를 구현한 '점-유탄성(탄성과 점성을 동시에 지닌 구조체 내에 유체가 점성을 갖고 흐르는 성질)'을 이용해 혈압, 일반 터치, 다양한 물체의 하중까지 감별하는 초고감도, 초저전력, 고신축성 전자피부를 개발했다. 

'초고감도, 초저전력, 고신축성 전자피부'모식도. <자료=미래창조과학부 제공>
'초고감도, 초저전력, 고신축성 전자피부'모식도. <자료=미래창조과학부 제공>
연구팀은 화학적으로 하드 블록과 소프트 블록으로 구성된 열가소성(열을 가했을 때 녹고 온도를 낮추면 고체 상태로 돌아가는 성질) 폴리우레탄 고분자를 설계하고 이온성 액체와 혼합해 고투명, 점-유탄성 고분자 박막을 제조했다. 

이를 기반으로 마이크로크기의 패턴 구조가 도입된 패치형 압전전기용량방식의 전기이중층 소자를 제작했다. 

김도환 교수는 "기존 전자피부 기술의 한계를 그복할 수 있는 신규 소재설계의 해법을 제시했다"며 "향후 생체진단, 치료 및 수술용 소프트 로봇 등과 같은 보건, 의료 등 헬스케어시스템, 재난·구조, 방위산업 등 다양한 산업분야에 적용이 가능할 것으로 기대된다"고 말했다. 

이번 연구는 미래부 글로벌프런티어사업(나노기반 소프트일렉트로닉스연구단)과 기초연구사업(개인연구) 지원으로 수행됐다. 연구 성과는 재료과학분야 국제학술지인 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)' 30호 표지논문으로 게재됐다. 

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