'인간 뇌' 본떠 만든 초민감 전자피부, 헬스케어 장치에 활용

[아이뉴스24 정종오 기자] 대구경북과학기술원(DGIST, 총장 이건우) 에너지공학과 이윤구 교수팀이 전북대 기계공학과 임재혁 교수팀과 공동 연구를 통해 ‘인간의 뇌신경 시스템’을 본떠 만든 초민감 전자피부용 압력 센서를 개발했다.

이 기술은 인공지능(AI) 기반 디지털 헬스케어 기기와 같은 미래형 기기에 적용될 수 있다. 투명성과 물리적 유연성까지 갖춰 투명디스플레이나 웨어러블 기기 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

압력 센서는 작은 변화나 힘을 감지해 신호로 변환하는 장치이다. 스마트폰, 헬스케어 기기 등에서 터치, 심박수, 근육 움직임을 감지하는 데 사용한다.

압력 센서 기반의 전자피부는 인간의 피부처럼 미세한 압력을 감지해 웨어러블 디바이스, 의료 모니터링 기기, 로봇의 감각 시스템 등 다양한 분야에 활용한다.

전자피부를 더 실용적으로 사용하려면 단순히 압력을 감지하는 것에서 나아가 더 민감하게 반응하고, 투명성과 유연성을 함께 갖춰야 한다. 이를 위해 성능을 높이기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.

이윤구 교수 연구팀은 인간의 뇌에서 신호를 주고받는 방식을 본떠 만든 압력센서를 개발했다. 뇌는 뉴런과 아교세포가 협력해 복잡하고 빠르게 신호를 전달한다.

이윤구 교수팀은 이 구조를 본떠 나노입자들로 이뤄진 네트워크를 만들어 작은 압력에도 민감하게 반응하는 압력센서를 설계했다.

이번 연구를 통해 개발한 압력센서는 아주 민감할 뿐 아니라 투명하고 유연하다. 심박수와 손가락 움직임 같은 작은 변화는 물론, 물방울의 압력까지도 감지할 수 있다.

1만번 이상 반복 사용해도 안정적으로 작동한다. 뜨거운 환경이나 습기가 많은 환경에서도 성능이 떨어지지 않는다.

이윤구 교수는 “이번 공동연구를 통해 투명하고도 유연함을 갖춘 차세대 전자피부에 응용할 수 있는 촉각센서를 개발할 수 있었다”며 “센서 구동에 대한 기초적 메커니즘 연구를 지속해 앞으로 인간의 피부를 모사한 인공 촉각 센서의 개발과 투명디스플레이의 상용화를 위한 기술개발로 확장할 수 있기를 기대한다”고 말했다.

이번 연구는 서울대 재료공학부 구지우 박사과정생, DGIST 에너지공학과 김종윤 박사, 전북대 고명석 박사의 주도로 DGIST 이윤구, 전북대 임재혁 교수팀의 공동 연구결과이다.

연구 결과(논문명: Neuron-astrocyte interaction-inspired percolative networks with metal microdendrites and nanostars for ultrasensitive and transparent electronic skins)는 화학공학분야 국제학술지 ‘Chemical Engineering Journal’ 2024년 10월호에 실렸다.