전자피부는 웨어러블 소자, 헬스케어 및 의료용 기기, 로보틱스 등 다양한 분야에 적용할 수 있는 차세대 핵심기술입니다. 최근에는 사용자와 전자기기 간의 상호작용에 대한 관심이 커지면서 전자피부로 감지된 정보를 직관적으로 전달할 수 있는 정보의 시각화 대한 관심이 커지고 있는데요.
고현협·백충기 UNIST 에너지 및 화학공학부 연구팀은 듀크대 Stephen Craig 교수팀과 함께 색상변화로 외부 자극을 효과적으로 표현 할 수 있는 인공전자피부를 개발했다고 밝혔습니다.
전자피부 재료로 사용되는 역학 변색형 고분자 소재의 경우 가공성이 좋고 별도 전원 공급 없이 외부자극에 따른 색상 변화가 나타난다는 장점이 있는 반면 색상 변화가 나타나기 위해서는 강한 외부 자극이 필요하다는 문제점이 있었어요. 공동 연구팀은 복합 고분자 소재(PDMS, Spiropyran) 필름의 다공성 마이크로 구조화 및 나노입자(SNPs)의 도입을 통해 외부 자극에 대한 민감도 문제를 해결했습니다.
복합소재에 미세한 구멍을 만들고(micro pore) 그 안에 기계적 강도가 높은 실리카 나노입자를 코팅해 만든 이 인공전자피부는 외부 압력이 가해질 때 변색이 일어나는 Spiropyran에 전달되는 힘의 양을 증가시켜 반응 민감도를 높였습니다.
서로 다른 기계적 특성(연성, modulus)을 가지고 있는 경우 기계적 특성의 차이에 의해 힘이 마이크로 포어와 실리카 나노입자 주변으로 집중되는 원리를 이용한 것인데요. 또 마이크로 포어와 실리카 나노 입자에 의한 에너지 분산 효과로 인해 신축성이 기존 재료 대비 최대 400% 증가하는 효과도 얻었습니다.
또 이 고분자 복합 소재의 경우 PDMS소재를 기질(matrix)로 사용하고 있기 때문에 은나노와이어 기반의 투명전극과 융합을 통해 마찰전기 센서로도 사용할 수 있는데요. 마찰 전기와의 복합화를 통한 이중 모드 인공전자피부는 음성인식과 동작인식 센서 등 다양한 분야에 적용 가능합니다.
고현협 교수는 "이번 성과는 복잡한 전기 신호 기반의 인공전자피부와 달리 시각적인 색깔 변화로 외부 자극의 세기를 검출할 수 있어 차세대 인공전자피부 기술에 대한 핵심적인 역할을 할 것"이라고 기대했습니다.
이번 연구 성과는 국제학술지 <Advanced Materials>에 게재됐습니다.
