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KAIST, 로봇 조종 가능한 '인장 센서' 개발

박인규 교수 연구···'광 투과' 방식으로 인장률 400%
기존 광학 방식 센서 비해 안정적·감도 10배 ↑
(왼쪽부터) 구지민 박사과정, 박인규 교수. <사진=KAIST 제공>(왼쪽부터) 구지민 박사과정, 박인규 교수. <사진=KAIST 제공>

KAIST(총장 신성철)는 박인규 기계공학과 교수 연구팀이 자세 모니터링에 활용 가능한 복합소재 광 투과 방식의 웨어러블 유연 인장 센서를 개발했다고 2일 밝혔다. 향후 다양한 생체 동작을 연속적으로 측정해, 자세 교정과 맥박 측정을 통한 헬스케어 모니터링 시스템 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

최근 헬스케어에 대한 관심이 커지면서 웨어러블 유연 센서 개발이 활발히 진행, 다양한 전기저항식·정전용량 방식의 인장 센서가 주목받고 있다.

그러나 기존 전기저항식 센서는 안정성 한계를 보이며 정전용량식 센서의 경우 외부 전기장 영향에 취약하다. 이에 광학 방식의 유연 인장 센서가 개발됐으나 민감도가 낮다는 한계점이 있다.

연구팀은 탄소 나노튜브가 함침된 탄성중합체 인장에 따른 광 투과도 변화 현상을 활용, 400%에 달하는 인장률을 안정적으로 측정할 수 있는 유연 인장 센서를 개발했다.

해당 센서는 탄성중합체에 함침된 탄소 나노튜브 필름에 틈이 형성돼 광 투과도를 크게 변화시켜 기존 광학 방식 인장 센서에 비해 10배 이상 높은 민감도를 가진다. 1만 3천 회 이상의 인장 변형과 다양한 환경 요인에도 안정적인 성능을 보였다.

연구팀은 손가락 굽힘 동작을 측정해 이를 로봇 조종에 활용했으며 3축 센서로 패키징, 인체 자세 모니터링에 적용했다. 경동맥 근처 맥박 모니터링과 발음할 때 입 주변 근육 움직임 등 미세한 동작 관찰도 성공했다.

박인규 교수는 "이번 연구에서는 기존 전기저항식, 정전용량식 및 광학 방식의 유연 인장률 센서가 갖는 한계점을 극복할 수 있는 새로운 플랫폼을 개발했다"며 "헬스케어, 엔터테인먼트, 로보틱스 등 다양한 분야에 널리 활용할 수 있는 우수한 성능의 웨어러블 센서를 실현했다"고 말했다.

구지민 박사과정이 1 저자로 참여한 이번 연구는 나노기술 분야 국제 학술지 ‘ACS(Applied Materials & Interfaces)'에 지난달 4일 자 표지 논문으로 게재됐다. 

광 투과도 변화를 활용한 탄소나노튜브 기반 유연 인장 센서 구조. <사진=KAIST 제공>광 투과도 변화를 활용한 탄소나노튜브 기반 유연 인장 센서 구조. <사진=KAIST 제공>
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