▲ 서로 수직한 방향으로 주름진 은나노와이어 네트워크를 사용한 다차원 유연변형센서 개념도와 제작된 유연변형센서를 통해 측정한 손의 변형상태.

스마트워치와 같은 웨어러블 기기에 활용하는 인체에 부착 가능한 유연 변형센서가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

서울대 공대는 기계항공공학부 응용나노열공학연구실 고승환 교수팀(교신저자: 고승환 교수, 제1저자: 김권규 석사과정/홍석준 박사)이 다차원 변형 상태를 측정할 수 있는 나노와이어 기반 유연 변형센서 기술을 개발했다고 지난14일 밝혔다.

고승환 교수 연구팀은 "최근 인체에 부착 가능한 유연 변형센서에 대한 필요성이 커지고 있으나 기존의 기술로는 변형률의 민감도가 떨어지거나 다축 변형센서로 응용하기에는 부족함이 있었다"며 연구취지를 전했다.

연구팀이 이용한 은나노와이어는 직경이 100nm 이하의 전도성 극미세선이다.

여러 개의 은나노와이어를 엮어 네트워크를 제작하면 마치 스타킹을 늘리는 것과 같이 변형이 가해졌을 때도 끊김 없이 전기가 통한다. 이때 가해준 변형에 따라 은나노와이어 네트워크의 전기 전도도의 변화를 측정함으로써 역으로 변형을 알아낼 수 있다.

그러나 은나노와이어 네트워크는 변형이 일어난 방향에 상관없이 전도도가 변하기 때문에 다차원의 변형상태를 알아내는 데는 적용이 불가능했다. 이에 연구팀은 기판에 예비변형을 가해줌으로써 한쪽방향으로 주름진 은나노와이어 네트워크를 제작했다.

마치 차곡차곡 포개 접어놓은 그물을 펼칠 때 그물 자체에는 아무런 응력이 가해지지 않듯이, 은나노와이어 네트워크의 주름진 방향에 대한 변형에는 전기 전도도가 변하지 않는 특성을 갖는다. 주름진 은나노와이어 네트워크를 서로 수직 방향으로 결합해 다차원의 변형상태를 동시에 측정하는 데 성공했다.

고승환 교수는 “이번에 개발한 유연 다차원 변형센서는 인체에 바로 부착 가능할 뿐만 아니라 다차원 변형상태에 대한 정보를 제공할 수 있다”며, “고기능성 스마트 웨어를 포함한 착용형 전자기기 산업 및 의료기기 분야에서 파급력이 클 것”으로 전망했다.

이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업의 지원으로 수행됐으며, 연구 결과는 나노 분야의 세계적 저널인 나노 레터스 7월 7일자에 게재됐다.