쭈우욱~쭉 700%까지 늘어나는 전자기판…어디에 쓰나 [지금은 과학]

[아이뉴스24 정종오 기자] 나무뿌리가 흙에 단단히 고정되는 구조를 모방해 국내 연구팀이 최대 700%까지 늘어나는 신축성을 확보하고 스트레처블 전자 제품의 상용화를 위한 새로운 기준을 제시했다. 관련 전자기판을 개발했다.

스마트 저항 밴드와 스트레처블 LED 디스플레이, 태양 전지와 같은 응용 사례를 통해 기술의 폭넓은 적용 가능성을 입증했다.

한국과학기술원(KAIST, 총장 이광형)은 기계공학과 박인규 교수 연구팀이 한국전자통신연구원(ETRI)과 공동연구를 통해 스트레처블 전자 제품 개발에서 기존의 한계를 극복한 혁신적 기술인 ‘생체 모사 인터페이스 설계(Bioinspired Interfacial Engineered Flexible Island, BIEFI)’를 개발했다고 6일 발표했다.

이번 연구는 생체 모사 인터페이스 설계를 기반으로 전자 제품의 유연성, 신축성과 기계적 내구성을 동시에 극대화하는 데 성공했다.

연구팀은 주 뿌리(primary roots)와 보조 뿌리(secondary roots) 구조를 설계에 적용해 응력을 분산시켰다. 기계적 인터로킹(interlocking)을 통해 두 기판 사이의 강력한 접착력을 구현했다.

이 구조에서 주 뿌리는 응력을 효과적으로 분산시키며 인터페이스 균열을 지연시키는 역할을 한다. 보조 뿌리는 기판 사이의 접착력을 강화하고 변형 중에도 인터페이스의 안정성을 유지하도록 돕는다. 이러한 설계는 다양한 변형 상황에서도 높은 기계적 신뢰성과 소자의 성능을 제공한다.

연구팀은 최대 700%까지 늘어나는 신축성을 확보했다. 1000회 이상의 물리적 변형 시도에도 안정적 구조를 설계하는 데 성공했다. 이 기술은 다양한 물리적 변형(늘림, 비틀림, 압축 등)에도 견딜 수 있도록 설계됐다. 반복적 변형에도 긴 사용 수명을 제공할 수 있음을 입증했다.

이번 기술은 실시간으로 운동 데이터를 측정할 수 있는 스마트 저항 밴드에 적용해 이용자의 운동 강도와 균형을 정밀하게 분석할 수 있으며, 다양한 피트니스 활동에 적용할 수 있다.

스트레처블 LED 디스플레이는 늘림, 구부림, 비틀림 등 여러 변형에도 안정적으로 작동한다. 차세대 유연 디스플레이 기술의 가능성을 보인다. 유연한 태양 전지는 에너지를 저장하고 LED를 구동하는 데 성공해 에너지 하베스팅과 저장 장치로서의 잠재력을 입증했다.

박인규 교수는 “이러한 생체 모사형 설계가 차세대 전자 기술을 위한 새로운 표준이 될 수 있다”며 “앞으로 인터페이스 설계의 최적화와 접착력 향상, 더욱 복잡한 뿌리 구조 모방 등을 통해 기술을 발전시켜 나갈 계획”이라고 말했다.

이번 연구는 KAIST 기계공학과 굴 오스만(Osman Gul) 박사과정이 제1 저자로 참여했다. KAIST의 박인규 교수, 김택수 교수와 ETRI의 김혜진 박사가 연구를 총괄했다.

연구 결과(논문명: Bioinspired Interfacial Engineering for Highly Stretchable Electronics)는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications)’2025년 2월 온라인판에 출판됐다.