실시간 은폐를 위한 생체모방 인공 카멜레온 스킨
실시간 은폐를 위한 생체모방 인공 카멜레온 스킨
  • 이웃집과학자
  • 승인 2021.08.18 22:15
  • 조회수 2407
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공과대학 고승환 교수(서울대학교) 연구팀이 얇은 온도 감응형 액정잉크와 얇고 유연한 은나노와이어 히터를 기반으로 다양한 환경에서 은폐가 가능한 인공 카멜레온 스킨을 개발했습니다. 인공 은폐 소자는 전장에서 아군의 생존률을 높이기 위한 기술로써 1800년대부터 꾸준히 다양한 방식으로 개발되어오며 현재까지도 중요한 군사 기술 중 하나로 지속적인 연구가 수행되고 있는데요. 카멜레온, 문어와 같이 자연계에 존재하는 은폐 기술을 군사용 뿐만 아니라 최근 급부상하고 있는 웨어러블 디바이스, 소프트 로봇 등의 다양한 형태의 응용으로 많은 연구 성과가 있습니다.

 

기존의 인공 은폐 소자는 다양한 색을 구현하는 수준이었으며, 색 변화하는 개별 소자를 어레이화하여 패턴을 구현하였기에 단위 소자의 크기보다 작은 패턴이 필요한 실제 자연환경에서는 소자의 은폐효율이 상당히 낮아지는 단점이 있었습니다. 실질적인 은폐 기술로의 적용을 위해선 실시간으로 주변환경을 감지하여 은폐를 하는 기술이 필요하지만 소자 구현의 한계성과 시스템의 복잡성으로 인해 아직까지 이러한 능동적 은폐 기술은 아직 구현이 불가했습니다.

 

연구팀은 폴리머 필름과 온도 감응형 액정잉크, 수직적층된 다양한 패턴을 가진 은나노와이어 히터를 기반으로 한 능동형 인공은폐소자를 개발했습니다. 고안된 차세대 인공 은폐소자는 로봇이나 피부에 부착하기 쉽습니다. 또한 기계적인 변형에도 소자의 특성이 유지되는 새로운 웨어러블 은폐소자입니다. 인공 은폐소자의 상용 가능성을 앞당긴 것으로 평가됩니다.

 

적용된 온도 감응현 액정 잉크는 온도에 따라 RGB (빨강, 초록, 파랑)를 나타낼 수 있는 소재로 정밀 제어된 은나노와이어 히터의 열 자극에 의해 다양한 색으로 표현이 가능한 은폐소자를 구현했는데요. 은나노와이어 네트워크 전극은 기계적 변형에도 그 전기적 특성이 유지되는 차세대 전극 소자로 차세대 웨어러블 전극 소자로 각광을 받고있습니다. 본 연구에서는 이러한 특성을 응용하여 유연 히터를 개발하였으며 이를 통해 고내구성의 웨어러블 소자를 구현하는데 성공했습니다.

다양한 패턴과 RGB 색발현이 가능한 멀티 레이어 인공 카멜레온 스킨의 개략도와 카멜레온 로봇으로의 적용. 출처 : 서울대학교
다양한 패턴과 RGB 색발현이 가능한 멀티 레이어 인공 카멜레온 스킨의 개략도와 카멜레온 로봇으로의 적용. 출처 : 서울대학교

연구진은 이 은나노와이어 네트워크 히터는 레이저 공정을 통해 원하는 형태로 정밀 패터닝이 하였으며 이러한 히터들을 수직적층하여 각 층의 히터를 켜는 것에 따라 표면의 열 감응형 액정 잉크의 변색 패턴을 달리 유도할 수 있어 원하는 패턴과 색의 은폐 효과를 낼 수 있는 새로운 은폐소자 기술을 개발했습니다.

 

연구팀은 다양한 주변환경을 스스로 감지하는 시스템과 정교하고 빠른 컨트롤이 가능한 제어시스템으로 실시간으로 능동적인 은폐가 가능한 소자를 제안했는데요. 패턴이 수직 적층된 얇은 필름 형태의 웨어러블 카멜레온 스킨소자에 간단한 센싱 시스템과 제어 로직을 추가하여 시스템을 단순화할 수 있었습니다. 이 차세대 은폐소자를 개발하는데 그치지 않고 이를 응용하여 카멜레온 로봇을 만들어 다양한 색의 배경에서도 실시간 능동적으로 은폐가 가능한 로봇을 구현했습니다.

실시간 능동 은폐가 가능한 멀티 레이어 인공 카멜레온 스킨의 성능 평가 및 및 카멜레온 로봇으로의 응용. 출처 : 서울대학교
실시간 능동 은폐가 가능한 멀티 레이어 인공 카멜레온 스킨의 성능 평가 및 및 카멜레온 로봇으로의 응용. 출처 : 서울대학교

본 연구의 결과물은 기계적으로 유연하며 다양한 색과 패턴 표현이 가능한 새로운 소프트 카모플라주 소자 원천 기술을 확보하였다고 평가됩니다. 히터의 중첩과 센서 제어 시스템의 통합으로 종래의 은폐시스템의 복잡성을 최소화하는 새로운 기술을 제시하며 차세대 인공 은폐기술의 원천 기술을 확보하였다고 볼 수 있습니다. 관련 기술의 성숙함에 따라 군사용 외에도 건축, 예술 및 패션, 야외 활동을 위한 여러 소비재에서도 폭넓은 관심을 받고 있으며 이에 본 연구에 확보된 관련 원천 기술은 관련 산업분야에 있어 기술 선점의 효과를 가져오며 관련 산업분야에서 선두자로 자리매김하는데 큰 공헌을 할 것이라고 예상됩니다. 

 

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업과 선도연구센터사업(ERC)의 지원으로 수행된 이번 연구성과는 국제학술지‘네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications)’에 2021년 8월 10일(화) 게재됐습니다.

논문명 : Biomimetic chameleon soft robot with artificial crypsis and disruptive coloration skin

 

#용어설명

1. 온도 감응형 액정 잉크 (Thermochromic Liquid Crystal, TLC)

온도에 따라 일정하게 정렬되어있는 액정의 간격이 바뀌면서 반사되는 빛의 파장이 달라지는 물질.

2. 은 나노와이어 (Silver Nanowire, Ag NW)

나노 스케일의 두께를 가진 선 형태의 은으로써, 이를 기반으로 나노와이어 네트워크를 형성하여 만든 전극은 기계적 변형에도 그 전기적 특성이 유지되며, 광학적 투명도를 가지는 특징을 가지고 있음


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kan 2021-08-23 18:19:46
상용화 되면 인테리어에 혁신을 불러올수도 있겠다.

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