KAIST 박인규 교수팀, 민감도 10배 높인 광 투과방식 유연인장센서 개발

최태우 기자 / 기사승인 : 2020-04-03 09:14:36
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▲ (왼쪽부터) 구지민 박사과정, 박인규 교수 [사진=KAIST]
[IT비즈뉴스 최태우 기자] 한국과학기술원(KAIST)은 기계공학과 박인규 교수 연구팀이 신체 동작과 자세 모니터링에 활용할 수 있는 탄소 나노튜브–탄성 중합체 복합소재 광 투과 방식의 웨어러블 유연인장센서를 개발했다고 밝혔다.

최근 헬스케어에 대한 관심이 커짐에 따라 웨어러블 유연센서 개발이 활발히 진행되면서 인체에 적용하는 센서로서의 유연 소재를 기반으로 다양한 전기저항식, 정전용량 방식의 플랫폼을 이용한 인장센서에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

허나 기존의 전기저항식 센서는 장시간 반복 신호 안정성, 선형성에 한계를 갖고 있으며 정전용량식 센서의 경우 외부 전기장에 취약하고 센서 민감도가 낮다. 이를 보완하기 위해 광학 방식의 유연인장센서가 개발됐으나 여전히 민감도가 낮다는 한계점이 있다.

박인규 교수팀은 탄소 나노튜브가 함침된 탄성중합체의 인장에 따른 광 투과도 변화 현상을 활용, 최대 400%에 달하는 넓은 범위의 인장률을 안정적으로 측정할 수 있는 유연인장센서를 개발했다.

연구팀이 개발한 센서는 외부 인장에 따라 탄성중합체에 함침된 탄소 나노튜브 필름에 틈이 형성돼 광 투과도를 크게 변화시켜 기존의 광학 방식 인장센서 대비 10배 이상의 높은 감도를 가진 점이 특징이다.

연구팀은 1만3000회 이상의 인장 변형에도 안정적인 신호 회복을 보이고 온도, 습도 등 다양한 환경요인에서도 안정적인 감지 성능을 확인했다고 설명했다.

▲탄소나노튜브 기반 유연인장센서 구조도 [KAIST 자료인용]
연구팀은 해당 센서로 손가락 굽힘 동작을 측정해 이를 로봇 조종에 활용했으며 3축 센서로 패키징 해 인체 자세 모니터링에 활용했다. 경동맥 근처의 맥박 모니터링과 발음할 때의 입 주변 근육 움직임 등 미세한 동작도 관찰하는 데 성공했다.

박인규 교수는 “이번 연구에서는 기존의 전기저항식, 정전용량식 및 광학 방식의 유연인장률 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”라고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단의 중견 연구 과제(올인원 스마트 스킨을 위한 웨어러블 멀티센서 시스템 핵심기술 연구)와 선도연구센터지원 사업(초정밀 광 기계기술 연구센터)의 지원으로 수행됐다. 연구결과는 나노기술 분야 국제 학술지 ‘ACS Applied Materials & Interfaces’ 3월4일자 표지 논문으로 게재됐다.

 

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