【대전=뉴시스】 김양수 기자 = 균일한 크기의 기공을 가지는 고분자 스펀지 주사전자현미경(SEM) 이미지(왼쪽). 오른쪽은 같은 조건으로 제작된 10개 센서의 압력에 대한 저항 변화값.2019.08.20(사진=KAIST 제공) photo@newsis.com

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【대전=뉴시스】 김양수 기자 = KAIST는 신소재공학과 스티브박·기계공학과 김정 교수, 한국전자통신연구원(ETRI) 심주용 박사 공동 연구팀이 균일한 성능과 센서신호 간 이력현상을 낮춘 인공피부 제작기술을 개발했다고 20일 밝혔다.

향후 인공 피부, 헬스케어 장비 등 다양한 분야에서 적용 가능할 것으로 기대된다.이번 연구는 오진원 석사가 1 저자로 참여했으며 국제학술지 ‘스몰(Small)’에 지난 16일자 표지논문으로 게재됐다. 논문 제목은 'Highly Uniform and Low Hysteresis Piezoresistive Pressure Sensors based on Chemical Grafting of Polypyrrole on Elastomer Template with Uniform Pore Size'다.

연구팀에 따르면 최근 인공 피부 제작을 위한 촉각 센서 연구가 활발히 진행되고 있으나 센서 간 낮은 균일성과 이력현상으로 상용화에 어려움을 겪고 있다.

이력현상은 촉각센서에 압력이 가해질 때와 제거될 때 전기적 신호의 변화 양상이 차이를 나타내는 현상을 말한다. 센서에 같은 압력이 가해져도 다른 전기적 신호를 보이는 것으로 이력현상이 커지면 촉각 센서의 압력측정 정확성이 떨어진다.

또 센서 간 높은 균일성은 촉각 센서의 상용화에 필수조건으로 센서의 압력에 대한 민감도가 서로 다르면 센서의 측정 신뢰도가 떨어지게 되고 낮은 재현성으로 상용화가 불가능하다.

이에 따라 연구팀은 낮은 이력현상과 센서 간 높은 균일성을 확보키 위해 미세유체공정과 화학증착 기법을 활용했다. 우선 연구팀은 미세유체공정을 통해 균일한 크기의 기공을 갖는 고분자 스펀지를 제작했다.

스펀지 기공의 크기는 1.43%의 변동계수 값을 보였고 연구팀은 전산 시뮬레이션을 통해 스펀지의 기공의 크기의 변동계수 값이 클수록 센서 간 균일성이 낮아지는 것을 확인했다.

또 연구팀은 제작한 고분자 스펀지에 화학증착 기법을 활용, 전도성 고분자를 코팅했다. 화학증착 기법은 기판의 고분자를 화학반응으로 증착시켜 반응 시간 조절을 통해 원하는 양의 고분자를 코팅할 수 있다.

제작된 센서는 센서 간 성능의 변동계수 값이 2.43%로 높은 균일성을 보였으며 고분자 스펀지와 전도성 고분자가 강한 공유 결합을 형성해 2% 수준의 낮은 이력현상이 확보됐다.

스티브 박 교수는 “이 기술은 실질적으로 센서의 상용화에 필요한 균일성을 높이며 이력현상은 감소시킬 수 있는 기술로 센서 상용화에 핵심기술로 활용할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

kys0505@newsis.com

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