어디든 잘 붙는 ‘투명스피커•마이크’ 
어디든 잘 붙는 ‘투명스피커•마이크’ 
  • 함예솔
  • 승인 2018.08.06 11:01
  • 조회수 527
  • 댓글 0
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음성 인식으로 전자기기를 작동시키는 사용자 인터페이스. 출처: UNIST
음성 인식으로 전자기기를 작동시키는 사용자 인터페이스. 출처: UNIST

사람의 목소리는 미래 유망산업인 사물인터넷(loT), 인공지능, 로봇산업 등에서 사용자와 기기 간 소통을 위한 새로운 ‘유저 인터페이스’를 구현할 핵심수단인데요. ‘어디든지 잘 붙는 투명한 스피커와 마이크’가 개발돼 앞으로 웨어러블 전자기기는 물론 음성인식, 음성지문보안, 로보틱스 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 전망입니다.  

 

UNIST 에너지 및 화학공학부의 고현협 교수팀이 ‘투명하면서 전지전도성을 가지는 나노막’을 제조해 이를 이용해 신체와 다양한 사물에 부착이 가능한 스피커와 마이크로폰을 개발했습니다. 

 

은 나노와이어 복합체 기반한 투명한 전도성 나노막. 출처: UNIST
은 나노와이어 복합체 기반한 투명한 전도성 나노막. 출처: UNIST

나노막은 나노미터(1nm는 10억 분의 1m) 두께의 매우 얇은 막입니다. 고분자 나노막은 어디든 잘 달라붙고 무게가 가벼우며, 유연한 소재여서 활용 가능성이 높습니다. 하지만 얇기 때문에 잘 찢어지고 전기전도성이 없다는 한계를 가지고 있었습니다.

 

고현협 교수팀은 전기가 잘 통하는 은 나노와이어를 이용해 이 한계점을 극복했습니다. 연구팀은 은 나노와이어를 그물 구조로 형성해 100나노미터 두께의 나노막에 함몰시켜 전기가 통하도록 기계적 특성을 향상시킨것인데요. 또한 은 나노와이어 그물구조는 투명하기 때문에 결과적으로 ‘투명 전도성 나노막’이 됐다고 하네요. 

 

3차원 형상의 표면에 자연스럽게 달라붙는 투명 전도성 나노막. 출처: UNIST
3차원 형상의 표면에 자연스럽게 달라붙는 투명 전도성 나노막. 출처: UNIST

투명 전도성 나노막은 매우 얇고 유연해 손가락 지문처럼 굴곡진 미세한 표면에도 자연스럽게 달라붙는다고 합니다. 또한 막 형태이기 때문에 미세한 진동에도 민감하게 반응할 수 있어 소리를 입·출력하는 음향 소자에 활용할 수 있다고 합니다. 이 기술을 이용해 연구팀은  ‘초박막형 투명 스피커’와 ‘웨어러블 마이크로폰’을 개발했습니다. 

 

초박막형 투명 스피커는? 

 

나노막을 이용한 열음향 방식의 웨어러블 스피커. 출처: UNIST
나노막을 이용한 열음향 방식의 웨어러블 스피커. 출처: UNIST

초박막형 투명 스피커는 열음파 방식으로 다양한 소리 신호를 출력합니다. 열음파 방식이란 금속에 전류를 흘려서 생기는 열적인 변화로 공기를 팽창하고 수축시켜 소리를 내는 원리를 말합니다.

 

참고로 기존의 스피커는 움직이는 코일이나 막을 이용해 공기를 앞뒤로 밀면서 기계적인 진동으로 소리를 낸다고 합니다. 특히 초박막형 투명 스피커는 투명하고 부착가능한 형태로 만들어 3차원의 굴곡진 형태에도 표면에 따라 자연스럽게 달라붙을 수 있다는 장점을 지닙니다. 

 

웨어러블 마이크로폰?

 

나노막 기반의 마이크로폰. 출처: UNIST
나노막 기반의 마이크로폰. 출처: UNIST

웨어러블 마이크로폰은 목에 부착해 성대의 떨림까지 감지 가능한 센서입니다. 이 센서는 투명 전도성 나노막이 진동하면서 생기는 마찰력을 전기 에너지로 변환해 사용합니다. 개발된 마이크로폰은 외관상 투명할 뿐 아니라 피부에 자연스럽게 부착시킬 수 있습니다. 또한 자가구동방식으로 배터리가 필요 없을 뿐 아니라 나노막의 미세 진동을 이용해 고민감도를 구현할 수 있다고 합니다. 

 

'음성지문 보안 시스템'도 구축

 

나노막 기반 마이크로폰을 이용한 음성보안 시스템. 출처: UNIST
나노막 기반 마이크로폰을 이용한 음성보안 시스템. 출처: UNIST

일반적으로 사람은 고유한 음성주파수 패턴을 가지고 있는데, 이를 대조하면 음성보안에 활용할 수 있다고 합니다. 연구진은 ‘웨어러블 마이크로폰’을 이용해 특정 사용자의 목소리 주파수 패턴을 구별할 수 있는 ‘음성지문 보안 시스템’도 구축했는데요. 이 시스템은 기존 마이크로폰과 비교해도 정확도와 정밀도가 뛰어나 실용화 가능성이 있다고 합니다. 

 

고현협 교수는 “이번 연구에서 개발한 다기능성 나노막 제조기술은 사물인터넷, 로봇, 웨어러블 전자산업에서 원천 소재기술로 다양하게 활용될 것”이라고 전했습니다. 고 교수의 말처럼 이 연구는 향후 웨어러블 태양전지, 신체부착형 디스플레이, 헬스케어 모니터링 센서 등 다양한 산업에 적용가능 할 것으로 보입니다.

 

또한 로봇 등에 이 기술을 적용한다면 스피커는 사람의 입처럼, 마이크로폰은 귀처럼 쓰일 수 있을 것이라고 합니다.  이번 연구는 미국과학협회(AAAS)에서 발행하는 세계적인 권위지 <Science Advances>에 게재됐습니다.  



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