한번의 '터치'로 다양한 기능 제공···포스터치 센서 개발

KAIST 연구진, 스마트폰 등에 접목 가능한 기술 연구
스마트폰, 플렉서블 기기, 헬스케어 웨어러블 기기의 터치 인터페이스에 적용할 수 있는 기술이 개발됐다.

KAIST(총장 신성철)는 유재영 전기·전자공학부 박사과정과 서민호 박사 연구팀이 플렉서블 기기에 적용할 수 있는 고민감도 투명 유연 포스터치(Force touch) 센서를 개발했다고 19일 밝혔다. 

포스 터치 센서는 인식되는 터치의 위치 정보와 함께 누르는 압력도 인식 가능한 기술이다. 실제 스마트폰에 집적돼 한 번의 터치만으로 다양한 기능을 제공할 수 있어 관심을 받고 있다.

최근에는 이 센서를 스마트폰과 같은 응용 제품에 적용하기 위해 마이크로-나노 크기의 미세 구조를 이용한 민감도와 유연성 향상 연구가 진행되고 있다.

기존의 고성능 센서들은 특정 성능만을 향상시키기 때문에 실제 필요한 민감도, 유연성, 투명도 등 다양한 사용 환경에서의 총체적인 성능을 동시에 만족시키지 못해 상용화에 어려움이 있었다. 

이에 연구팀은 포스 터치 센서가 공기를 포함한 간격을 갖는다는 기존 상식에서 벗어나 속이 가득 찬 센서를 개발하는 데 집중했다.

연구팀은 센서 내부 압력에 따른 유전율 변화를 극대화할 수 있는 금속 나노 입자가 포함된 투명 나노 복합 절연층을 개발했다. 이어 가해진 압력을 집중시켜 민감도를 높일 수 있는 나노그레이팅 구조를 개발해 고민감도의 투명 유연 포스 터치 센서를 제작했다. 

연구팀은 감지 전극을 감지층의 상하부에 형성한다는 기존 방식에서 벗어나 동일 평면에 배치해서 볼펜심 정도의 극대화된 굽힘 정도에서도 성능 변화 없이 동작하는 것을 확인했다. 

대면적 균일성, 제작 재현성, 온도 및 장기 사용에 따른 신뢰성 도 상용화 가능한 수준으로 나타났다. 

연구팀은 개발한 센서를 헬스케어 웨어러블 기기에 적용해 실시간 맥박을 감지했다. 국내 포스 터치 센서 기업 하이딥과 7인치 대면적 센서를 스마트폰에 장착해 실시간 압력 분포도 확인했다. 

연구를 주도한 유재영 박사과정은 "간단한 구조, 공정을 이용해 상용화 수준의 포스 터치 센서를 개발했다"면서 "실제 환경에서도 높은 신뢰성을 갖고 동작하기 때문에 사용자 터치 인터페이스와 웨어러블 기기에 활용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구에는 유재영 박사과정, 서민호 박사가 공동 1저자로 참여했다.

연구는 나노종합기술원 오픈이노베이션 사업과 한국연구재단의 중견연구자 사업의 지원을 받았으며, 연구 결과는 국제 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)'에 지난 6일자 온라인 판에 게재됐다. 

투명 유연 포스 터치 구조(위쪽)와 응력 집중 현상을 이용한 민감도 향상 원리(아래쪽).<사진=KAIST 제공>투명 유연 포스 터치 구조(위쪽)와 응력 집중 현상을 이용한 민감도 향상 원리(아래쪽).<사진=KAIST 제공>
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