온도에 따라 팽창하는 마이크로 입자를 활용한
압력센서 표면 형태 제어 원천기술 개발
- - 헬스케어 및 차세대 사용자 맞춤형 고성능 센서 구현 -
□ 국내 연구진이 온도에 따라 풍선과 같이 팽창하는 마이크로 입자를 이용하여 웨어러블 기기 센서에 활용할 수 있는 불규칙한 마이크로 돔 구조 제작 기술을 개발했다.
□ 한국연구재단(이사장 이광복)은 박인규 교수(한국과학기술원), 조한철 박사(한국생산기술연구원) 연구팀의 공동연구로 3D 마이크로 구조 기반의 센서 표면 형태 제어 기술과 이를 압력센서에 적용할 수 있는 원천기술을 개발했다고 밝혔다.
□ 최근 인간-전자기기 상호작용 기술의 중요성이 높아짐에 따라, 표면에 3D 마이크로 구조를 갖는 필름을 사용하여 센서의 민감도나 응답속도 등을 증가시키려는 연구가 활발히 진행되고 있다.
○ 센서에 이용되는 기존 필름은 원하는 패턴으로 준비된 틀에 액상 탄성중합체*를 부어 만드는 몰딩 방식에 의존하기 때문에,
○ 별도의 몰드 제작이 필요할 뿐만 아니라 3D 마이크로 구조의 크기, 밀도 등을 제어하는 데 한계가 있어 제작에 어려움이 있었다.
* 탄성중합체 : 고무처럼 탄성이 좋은 고분자 화합물을 통틀어 이루는 말로, 합성 고무 등이 있다.
□ 이에 연구팀은 특정 온도를 가하면 기존 대비 크기가 3배 이상 팽창하는 마이크로캡슐과 탄성중합체를 혼합하여 유연한 필름을 제작, 간단한 열처리를 통해 필름 표면에 3D 마이크로 돔 구조 형성이 가능한 것을 확인했다.
□ 또한, 제작한 필름을 고감도 유연 압력센서에 적용한 결과, 표면에 형성된 불규칙한 3D 마이크로 돔 구조가 규칙적인 구조에 비해 작은 힘에도 큰 변형과 압축으로 신호를 받아들여 기존 몰딩 방식 압력센서 보다 약 3배 높은 감도를 보였다.
○ 이렇게 개발된 센서는 물 1방울과 같은 미세한 질량의 압력까지도 정밀하게 감지하였으며, 다양한 센서 평가(검출한계*, 내구성, 응답속도 등)에서도 기존과 유사한 성능을 나타냈다.
* 검출한계: 그 기기 자체로부터 발생하는 잡음으로부터 분석물이 나타내는 신호를
구분할 수 있는 분석물의 최소량
○ 또한, 개발된 압력센서는 손가락의 미세한 맥박 변화까지도 정교한 감지가 가능하였으며,
○ 손목의 움직임 감지로 마우스 커서를 움직일 수 있는 대면적 어레이 센서* 구현을 통해 인간-컴퓨터 상호작용 기술 활용의 가능성을 검증하였다.
* 대면적 어레이 센서 : 개발된 센서를 여러 개 배열하여 외부에서 가해지는 힘의
크기 및 위치를 감지할 수 있는 기술
□ 박인규 교수는 “이번 연구는 온도에 의해 팽창하는 입자를 통해 3D 마이크로 구조를 형성하는 새로운 제작 방법을 고안한 것”이라며, “지속적인 연구를 통해 실시간 건강정보 확인, 인간-기계 상호작용, 전자 피부 등 다양한 분야에서의 활용 가능성을 기대한다”라고 전했다.
□ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구, 신진연구 및 교육부와 한국연구재단이 추진하는 창의ㆍ도전연구사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 재료 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 7월 4일(한국시간) 정식출간본 표지 논문으로 게재되었다.
