인시튜(In-situ) 공정 기반 전자피부 제작 기술을 개발한 ETRI 연구진. (왼쪽부터)최중락 연구원, 김혜진 책임연구원이 기념사진을 촬영하고 있다. / ETRI

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한국전자통신연구원(ETRI) 연구진이 별도의 시설 없이 현장에서 바로 제작이 가능한 전자피부(electronic skin) 기술 개발에 성공했습니다.

ETRI는 반도체 청정 공정 시설인 '클린룸' 없이도 넓은 면적의 인시튜(In-situ) 공정 기반 전자피부를 제작할 수 있는 기술을 개발했다고 24일 밝혔습니다.

전자피부는 사람 피부처럼 압력이나 접촉을 감지하는 얇고 유연한 센서로, 지능형 로봇의 정밀한 촉각 구현에 활용될 수 있는 핵심 기술입니다.

기존 유연 전자 센서는 마스크 공정(Photomask Process)과 진공 증착, 식각 등 반도체 제조 공정을 거쳐야 했기 때문에 비싼 가격의 클린룸 설비가 필수적이라서 제작 과정이 복잡하고 비용이 많이 들었습니다.

또한 공정 단계가 다수로 분리돼 있어 기판을 반복적으로 이송해야 했고, 공정 관리 부담과 비용 측면에서 부담이 컸습니다. 이에 따라 대면적이나 곡면 구조에 적용할 때 공정 관리가 복잡해지는 한계가 있었습니다. 특히 사람과 비슷한 형태의 휴머노이드 로봇처럼 넓은 표면에 촉각 센서를 부착하려면 공정 안정성과 신뢰성을 동시에 확보하는 것이 쉽지 않았습니다.

대면적 제작이 가능한 정전용량 기반 유연 센서 공정 및 활용 예시 / ETRI

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연구진은 이러한 한계를 줄이기 위해 UV 레이저와 3D 프린터만으로 별도의 마스크 공정 없이 센서를 제작할 수 있는 마스크리스(Maskless) 인시튜 공정 기술을 고안했습니다. 별도의 포토마스크 없이 센서를 필요한 위치에서 바로 제작할 수 있도록 설계됐습니다.

이를 통해 미세다공성 유전체 기반 대면적 정전용량식 유연 촉각 센서 어레이를 단시간에 높은 재현성으로 구현했고, 공정 단계를 획기적으로 단순화해 제작 효율을 높였습니다. 또 고가의 클린룸 설비 의존도를 크게 낮추면서 응용 맞춤형 제작 확장성과 생산성을 모두 얻을 수 있었습니다.

이 기술은 제작 공정의 부담을 줄이면서 지능형 로봇 촉각 시스템, 인간-기계 인터페이스(HMI), 웨어러블 기기 등 다양한 인터랙티브 시스템에 적용 가능한 제작 환경을 구현했다는 점에서 주목받고 있습니다.

공정을 별도로 분리하거나 이송하지 않고 하나의 연속된 과정으로 제자리에서 센서를 제작할 수 있으며, 곡면이나 굴곡이 있는 복잡한 형상의 대상에도 자유롭게 적용이 가능해 설계 유연성이 높습니다. 더불어 제작 비용 절감과 래피드 프로토타이핑(Rapid Prototyping)을 동시에 지원함으로써 로봇, IoT 디바이스, 헬스케어 분야 등 다양한 응용 환경에 신속하게 대응할 수 있습니다.

ETRI는 센서 소자 수준을 넘어 시스템 레벨까지 구현해 실제 로봇과 인간-기계 인터페이스 환경에서의 활용 가능성을 실증했습니다. 그 결과 차세대 지능형 로봇 촉각 시스템과 인터랙티브 전자 피부 기술의 실용화 기반을 마련했다는 평가를 받고 있습니다.

이번 연구 성과는 유연 전자 소자 분야의 세계적 학술지인 네이처 자매지 플렉서블 일렉트로닉스(npj Flexible Electronics, IF 15.5)에 게재되며 기술적 우수성을 인정받았습니다.

최성훈 기자 csh87@etnews.com

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