'딱딱함'과 '유연함'을 동시에?!
'딱딱함'과 '유연함'을 동시에?!
  • 강지희
  • 승인 2019.11.06 17:00
  • 조회수 451
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연구성과 설명 인포그래픽.
연구성과 설명 인포그래픽. 출처: KAIST

KAIST 전기및전자공학부 정재웅 교수 연구팀이 기기의 모양과 유연성을 변화시킬 수 있는 기술을 개발했습니다. 하나의 전자기기에서 사용하는 목적과 신체 적용 여부에 따라 선택적으로 딱딱한 형태와 부드러운 형태로 구현할 수 있는 기술이라고 합니다. 해당 연구 논문은 <Science Advances>에 게재됐습니다.

 

갈륨으로 유연성과 단단함 동시에 잡다

 

일반적으로 전자기기는 사용 목적에 따라 특정한 강성을 갖도록 설계됩니다. 스마트폰, 노트북은 딱딱한 형태로 손에 쥐거나 테이블 위에 놓고 사용하기 적합합니다. 최근 활발히 개발되는 유연 신축성 전자기기는 착용성이 뛰어나 웨어러블 형태로 활용되고 있죠.

 

하지만 딱딱한 형태의 전자기기는 신체에 착용 시 각종 불편함을 일으킵니다. 또한 생체이식 시에는 조직이 파괴되거나 염증 등을 유발합니다. 반면 유연 신축성 전자기기는 외력을 견디지 못하고 쉽게 모양이 변합니다. 때문에 몸에서 탈착 시 일반적인 전자기기와 같이 편리하게 사용하기 어렵다는 단점이 있죠. 

(좌) 개발된 강성률 변화 가능한 전자기기의 개념도. (중) 디바이스 구조. (우) 실제 구현사진. 출처: KAIST

연구팀은 갈륨(Gallium)과 중합체(polymer)를 이용한 합성물질을 제작해 온도에 따라 강성률 변화가 가능한 전자 플랫폼을 구현했습니다. 연구팀은 구현한 전자 플랫폼을 유연 신축성 전자회로와 결합해 강성률의 변화가 가능한 새로운 형태의 전자기기를 만들었습니다.

손 위에 올리면  녹아요. 몸에 해롭지는 않대요. 출처: 포토리아
손 위에 올리면 녹아요. 몸에 해롭지는 않대요. 출처: fotolia

갈륨은 이번 연구의 핵심 소재입니다. 갈륨은 금속임에도 불구하고 생체 온도(29.8℃)에서 녹는점을 갖습니다. 덕분에 신체 탈부착 시 고체와 액체 간의 상태 변화가 가능하죠. 이러한 점에 기반해 연구팀은 갈륨을 중합체에 내장해 온도에 따라 강성률 변화가 가능한 전자 플랫폼을 제작했습니다.

딱딱한 모바일 기기(좌)와 부드러운 웨어러블 기기(우) 간의 변환이 가능한 전자기기 및 활용 예시. 출처: KAIST

연구팀은 전자기기의 강성도를 변화시킬 수 있는 특징을 활용해 다양한 적용 분야에서 기존 전자기기가 갖는 한계점을 극복했습니다. 연구팀은 이 기술을 휴대용 전자기기에 적용해 실험을 했는데요. 평상시에는 딱딱한 형태로 손에 쥔 상태나 책상 위에서 이용했습니다. 이동할 시에는 몸에 부착해 부드러운 웨어러블 기기 형태로 만들었죠. 연구팀은 개발한 기술을 통해 전자기기의 휴대성을 높였습니다.

압력 측정 민감도/동작 범위 튜닝이 가능한 압력 센서. (좌) 강성률 변화 가능한 플랫폼의 변형. (우) 압력 측정 민감도/동작 범위 튜닝이 가능한 압력 센서의 활용 예시. 출처: KAIST
출처: KAIST
성률 변화 가능 플랫폼을 활용한 뉴럴 프로브. (좌) 쥐의 뇌에 삽입된 후 부드럽게 변환됨을 보여줌. (우) 강성률 변화 가능한 프로브를 사용 시 조직 내에서 뇌 조직과 유사한 물성을 가지게 됨에 따라 상처와 염증을 줄일 수 있음을 보여줌. 출처: KAIST

 

뇌손상ㆍ염증 반응 줄이는 뇌 탐침

 

연구팀은 강성을 변환시킬 수 있는 압력 센서를 개발해 목적에 따라 민감도와 압력 감지의 범위를 조절했습니다. 연구팀은 뇌 조직에 이식 할 때 부드럽게 변화하는 뇌 탐침도 개발했는데요. 연구팀은 기존 딱딱한 탐침와 다르게 개발한 뇌 탐침으로 뇌 손상 및 염증 반응을 최소화했습니다. 

왼쪽부터 정재웅 교수, 변상혁 박사과정, 이주현 석사과정. 출처: KAIST
왼쪽부터 정재웅 교수, 변상혁 박사과정, 이주현 석사과정. 출처: KAIST

이번 연구를 주도한 정재웅 교수는 "평상시 딱딱한 형태의 전자기기로 쓰이나 몸에 부착 시 혹은 내부 장기에 이식 시 우리 신체 조직처럼 부드럽고 신축성 있게 변환될 수 있는 기기 플랫폼 기술 개발로 일반적인 전자기기와 유연 기기가 갖는 단점을 없앴다"며 "동시에 사용 목적에 따라 각각의 장점을 극대화할 수 있는 전자기기를 개발했다"라고 전했습니다. 덧붙여 "이 기술을 이용하면 전자기기의 활용 폭을 크게 넓힐 수 있을 것"이라고 말했습니다. 

 

##참고자료##

 


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