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인공피부 핵심 '촉각 센서' 균일한 성능으로 만든다

같은 조건서 제조된 센서, 압력 민감도와 전기 신호 일정하게 만들어
KAIST·ETRI 연구팀 "센서 상용화 핵심 기술로 활용 기대"
국내 연구진이 인공피부의 핵심인 촉각 센서의 성능 격차를 줄일 방법을 찾았다.

KAIST(총장 신성철)는 신소재공학과 스티브 박 교수, 기계공학과 김정 교수, ETRI 심주용 박사 공동 연구팀이 균일한 성능과 낮은 이력현상을 갖춘 촉각 센서를 개발했다고 20일 밝혔다.

균일성과 낮은 이력현상은 촉각 센서 상용화의 필수 조건이다. 센서의 균일성은 같은 조건으로 제작된 센서가 동일한 성능을 나타냄을 의미한다. 압력에 대한 민감도가 제각각이면 측정 신뢰도가 떨어지고 재현성이 낮아 상용화할 수 없다. 

이력현상은 촉각 센서에 압력이 가해질 때와 제거될 때 나타나는 전기 신호의 차이다. 이 차이가 크면 센서가 같은 압력에서 다른 전기 신호를 보이는 문제가 생긴다.

연구팀은 균일한 크기의 기공을 갖는 고분자 스펀지를 만들고 여기에 전도성 고분자를 코팅해 센서를 제작했다. 고분자를 균일하게 코팅할 때는 화학증착 기법이 사용됐다.

이 센서의 변동계수는 2.43%로 센서의 균일성이 높은 편이다. 변동계수 값이 작을수록 센서 간 차이가 낮다. 스펀지 기공의 변동계수는 1.43%를 나타냈다. 연구팀이 전산 시뮬레이션한 결과, 스펀지 기공 크기의 변동계수 값이 클수록 센서 간 균일성이 낮아졌다.

연구팀이 개발한 센서는 이력현상도 해소했다. 이력현상은 기판과 전도성 물질의 낮은 결합으로 발생한다. 이번 연구에서 고분자 스펀지와 고분자는 강한 공유결합을 형성했기 때문에 2%의 낮은 이력현상을 보였다.

낮은 이력현상을 보여주는 센서 특성 그래프(왼쪽)와 압력 1000회 반복 실험에 대한 센서의 내구성을 보여주는 그래프. <그림=KAIST 제공>낮은 이력현상을 보여주는 센서 특성 그래프(왼쪽)와 압력 1000회 반복 실험에 대한 센서의 내구성을 보여주는 그래프. <그림=KAIST 제공>

박 교수는 "이 기술은 센서의 균일성을 높이며 이력현상을 줄이는 기술"이라며 "센서 상용화의 핵심 기술로 활용할 수 있을 것"이라고 기대했다.

연구 결과는 국제학술지 스몰(Small) 8월 16일 자 표지논문에 게재됐다. 

SMALL 학술지 표지논문에 실린 연구 내용. <사진=KAIST 제공>SMALL 학술지 표지논문에 실린 연구 내용. <사진=KAIST 제공>
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