▲ 하단의 3가지 타입 섬유는 압전 필름이 적층돼 있어 이를 이용해 굽힘, 비틀림, 3차원 방향 등을 센싱하고 데이터화할 수 있다. .

웨어러블 센서의 기본이 될 움직임을 데이터화할 수 있는 섬유센서가 개발됐다.

간사이(Kansai) 대학 시스템 이공학부와 데이진(Teijin) 주식회사는 폴리 유산 섬유와 탄소 섬유를 사용한 압전 패브릭을 개발했다고 15일 밝혔다.

이번에 공동 개발한 압전 패브릭은 압전체에 폴리 L 유산 섬유, 전극에 탄소섬유를 사용했다. 센서나 액추에이터로 사용할 수 있는 섬유는 ′평직(平織)′, ′능직(綾織)′, ′새틴(satin)′의 세 가지 타입을 개발했다. 평직 타입은 ′굽힘′을 감지할 수 있고 새틴은 ′비틀림′, 능직은 ′굽힘′, ′비틀림′에 이어 3 차원 방향을 감지할 수 있다.

간사이 대학과 데이진은 2012년 폴리 L 유산과 폴리 D 유산을 적층시키는 방법으로 강력한 압전 성능을 발휘해 유연성과 투명성을 가진 압전 필름을 공동 개발한 바 있으며, 이번 압전 패브릭 또한 이 압전 필름을 이용했다.

연구팀은 후쿠이(Fukui) 공업 기술 센터의 협력을 얻어 이 세 가지 타입의 패브릭을 개발했지만, 그 짜는 방법이나 뜨는 방법의 종류는 수백 가지이므로 변위나 감지하고 싶은 방향에 따라 여러 가지 압전 패브릭의 설계가 가능하다고 설명했다.

데이진은 향후 발전 전략으로 소재 ‘융·복합화’를 내걸고 있다. 이번 개발은 폴리머 컨트롤 기술과 텍스타일 기술을 보유한 데이진과 압전체 분야 권위있는 간사이 대학 연구팀의 오랜 연구가 결실을 맺은 것이라 의미가 더욱 크다.

향후 간사이 대학과 데이진은 최적의 패브릭을 설계해 ‘착용하는 것만으로 정밀한 움직임을 데이터화할 것’을 목표하고 있다며 향후 “수술이나 간병 등 원격 의료나 전통 공예 등의 직공기술의 가시화, 우주 개발에 이르기까지 센싱 기술을 통한 사물 인터넷 진화에 공헌할 것”이라고 밝혔다.

압전체는 압전효과를 이용해 압력을 가하면 전기 에너지를 발생시키고 반대로 전기 에너지를 가하면 신축하는 특성을 가지는 물질이다.

압전체는 일반적으로 PZT(lead zirconate titanate(Pb[Zr(x)Ti(1-x)]O3))가 이용되고 있지만 세라믹 소재 특성상 유연성이나 투명성이 결여되고 납을 사용할 경우 안전규제에 걸려 한계가 있었다.

또한 유기물인 PVDF(Poly Vinylidene DiFluoride)가 압전체로서 이용되기도 하지만 전계 배향 처리가 필요하기 때문에 공업적인 생산이 어렵다고 간주돼 온도 변화에 의해 전위가 발생하는 성질(초전성)을 가지고 있으므로 용도가 한정되는 과제가 있었다.