▲ 그래핀을 이용한 능동 선택 편광기 작동 개념도

국내 연구진이 사람의 피부에서 느끼는 촉각이나 압력을 보다 정밀하고 정확하게 제어할 수 있는 소자 원천기술 개발에 성공했다. 이로써 향후 로봇이나 장애인에게도 인공피부를 적용할 수 있는 길을 열었다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 빛의 편광 현상을 이용해 통신을 할 때 수평, 수직의 전기장 모두를 활용해 전송 용량을 2배 증가시키는 1㎝ x 1㎝ 광소자 개발에 성공했다고 4일 밝혔다.

ETRI 연구진이 개발한 기술은 향후 양자통신 기술과 편광 다양성 광통신 시스템 등에 적용돼 광통신 전송용량과 속도를 획기적으로 향상시키는데 적용될 전망이다.

또한 연구진은 본 기술의 응용범위를 넓혀 ‘광학식 압력센서’를 개발하고 사람의 몸에 부착할 수 있을 정도로 대면적화 하겠다고 설명했다.

ETRI는 나노미터(nm) 두께의 극초박막 형태 신물질로 큰 관심을 끌고 있는 이차원(2D) 반도체 물질 그래핀과 평면형 광회로 소자를 접목해 능동적으로 편광을 조절하는 소자의 핵심 기술을 개발했다.

여기에는 기존 연구진이 보유하고 있던 그래핀 합성기술과 광학적 제어 원천기술이 활용되었다고 말했다.

기존 편광소자는 한 종류의 편광만을 영구적으로 결정해야 했기에 필요에 따라 수직 또는 수평 편광을 선택할 수 없었다.

이를 극복하기 위해 연구진은 마이크로 광기계 시스템 기술 Micro-Opto-Mechanical Systems을 활용, 하나의 소자에서 수평과 수직 어느 방향으로도 자유로이 선택해서 쓸 수 있는 소자를 만들었다.

이렇게 편광을 다양하게 선택할 수 있는 소자를 사용한 광통신 시스템은 광신호마다 수직, 수평 편광에 각기 다른 신호를 실어 정보를 동시에 송·수신할 수 있기에 전송량을 획기적으로 증가시킬 수 있다.

또한 마이크로 광기계 시스템을 기반으로 개발된 편광 선택 소자는 수직으로 압력을 가할 때 작동함에 따라 연구진은 향후 압력 변화를 광학적으로 감지할 수 있는 ‘광학식 압력 센서’를 개발할 계획이라고 밝혔다.

ETRI 김승환 바이오IT연구본부장은 “향후 인공피부에 적용 가능토록 본격적인 연구개발을 추가로 할 계획이다. 또한 촉각센서를 개발해 보다 넓은 범위에서 미끄러짐이나 압력을 인공적으로 구현하는 것이 최종 목표”라고 말했다.

한편 이번 성과는 독일 와일리(Wiley-VCH) 출판사의 광학 기술 국제학술지‘레이저 광학 리뷰’(LPOR) 온라인에 지난 8월 초 등재됐다.

이번 연구에 참여한 논문의 제 1저자는 ETRI 바이오IT연구본부 김진태 박사이며 소재부품원천연구본부 최홍규 박사가 참여했다.