[매일일보 최재원 기자] 광운대학교는 자교 전자공학과 박재영 교수팀이 맥박‧호흡‧음성‧터치 등 인체의 다양한 생리학적‧물리학적 신호의 감지 및 실시간 모니터링이 가능한 나노섬유센서 패치를 개발했다고 30일 밝혔다.
이번에 개발된 나노섬유센서 패치는 기존 센서보다 넓은 범위의 압력(0~250kPa)에서 성능이 탁월해 스마트 의료‧헬스케어, 스포츠‧로봇, 자동차‧국방산업 등에서 활용될 것으로 기대된다.
최근 4차 산업혁명의 도래와 함께 ICT 센서융합 기술의 혁신으로 스마트센서 제품 수요가 급증할 것으로 전망되고 있다. 특히 휴먼‧머신 인터페이스, 웨어러블 의료‧헬스케어, 스마트 디스플레이, 지능형 로봇, 스포츠 산업 등에 폭넓게 활용이 가능한 고성능의 유연 압력센서 기술에 대한 관심이 높아지고 있다.
본 연구팀은 폴리 비닐 알코올성 탄성 중합체에 리튬 설폰아미드의 이온 염과 멕신을 혼합한 용액으로 제작된 하이브리드 이온 나노섬유 고분자 필름을 감지막으로 사용함으로써 수소결합으로 유발되는 멕신 표면의 기능성 층이 전극‧전극 인터페이스에서 전기이중층형성을 억제해 초기 정전용량 값을 크게 감소시켰다.
뿐만 아니라 외부 압력에 의해 촉발된 이온 펌핑 프로세스를 통해 인터페이스에 두꺼운 전기이중층을 생성해 정전용량 변화를 향상시켜 초고감도를 얻는데 성공했다. 또한 전기방사기술로 제작된 나노섬유 고분자 박막을 이용해 기존 마이크로 구조의 박막에 비해 높은 압축성을 갖도록 해 넓은 범위의 압력에서 우수한 성능을 얻을 수 있었다.
제작된 유연압력센서는 0~30kPa과 30~250kPa의 넓은 측정 압력 범위에서 0.5kPa–1와 1.5kPa–1의 초고감도와 70.4ms의 빠른 응답 시간을 나타냈다. 또한 센서는 45kPa의 높은 압력에서도 2Pa의 낮은 압력을 구별하여 측정할 수 있었고, 2만회 이상의 연속 반복 실험에서도 성능이 저하되지 않는 우수한 내구성을 보였다.
한편 이번 연구는 한국 연구재단 바이오의료기술개발사업과 산업통상자원부나노융합산업핵심기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구 성과는 세계 최고의 나노 소재 및 소자 연구 전문저널인 미국 화학학회에서 출판하는 에이씨에스 나노에 게재 및 표지논문으로 선정됐다.
