종이처럼 얇고 유연한 기판을 활용해 손상 없이 휘거나 구부릴 수 있는 플렉서블 디바이스 기술은 센서, 디스플레이, 통신 등 다양한 분야에서 필요하다. 기존 전자기기의 공간적, 시각적 제약을 해소할 수 있어 새로운 시장 창출도 가능하다. 그러나 기존 터치 · 압력 센서 기술은  포토리소그래피(photolithography), 에칭(etching) 등 복잡한 공정을 거쳐야 하므로 돈이 많이 든다. 현재 대부분의 고감도 압력센서들이 연구 단계에서 머물고 있는 이유다.

심우영 연세대 교수가 이끄는 연구팀은 초기 나노 및 미세입자에 대한 연구에 시간과 노력을 바쳤다. 어떤 일에서든 '기본'이 탄탄해야 최종 결과도 좋은 법. 심 교수는 14일 연구 과정에 대해 "입자 크기에 대한 광투과도 시뮬레이션과 전자현미경을 이용한 표면 분석, 분산 구조의 재현성 및 안정성 평가 등을 우선적으로 진행했다"며 "이후 절연층으로 사용될 비드로 광투과성이 뛰어난 이산화규소(SiO2)를 선정했다"고 말했다. 이어 다양한 크기의 비드를 정전용량(Capacitance) 감지 방식의 실제 압력센서로 제작했다. 표면분석, 민감도 및 광투과도 최적화 작업이 뒤따랐다. 뛰어난 성능을 보이는 나노비드를 포함한 압력센서는 이렇게 완성됐다.

압력센서 개발이 끝이 아니었다. 센서의 성능평가와 메커니즘 분석을 위한 압입(Indentation) 평가 및 영률(Young’s modulus) 분석은 또 다른 난제였다. 심 교수는 "다행히 물성 평가 분야에서 풍부한 연구경험을 가진 이형석 교수(연세대) 연구팀과 협동 연구를 시작한 이후 일의 진행속도가 빨라져 연구를 성공적으로 마무리할 수 있었다"고 말했다. 심 교수는 "공동 연구를 하면 지식의 범위를 넓힐 수 있는데다 다양한 관점에서 문제에 접근함으로써 보다 깊은 이해에 도달할 수 있음을 깨달았다"고 했다.

심 교수팀이 이번에 개발한 압력센서는 차세대 기술인 투명 유연 디바이스 등 개발로 이어질 것이라는 점에서 관심을 모은다. 심 교수는 이번 연구의 의미에 대해 "단순히 고감도 및 투명성을 겸비한 압력센서의 개발이 아닌, 기존의 복잡한 공정과정 없이 다양한 프로토타입 어플리케이션에 광범위하게 사용될 수 있는 접근법을 개발했다는 점"이라고 말했다.

이번에 개발된 압력센서는 눌린 위치만을 감지하는 기존의 터치센서와 달리 누르는 세기까지 정량적으로 입력받을 수 있다. 터치센서 이외에도 3D 포스터치 디바이스, 헬스케어 맥박센서 등 다양한 IT기기에 활용될 수 있다는 뜻이다. 다만 실용화까지는 앞으로 넘어야 할 산도 적지않다. 심 교수는 "센서의 압력에 따른 정전용량 변화를 고속으로 감지할 수 있는 알고리즘 및 구동회로 개발이 필요하다"고 했다. 잉크젯 프린팅 등과 같이 대면적으로 제작하는 것도 남은 과제다.

송강섭 기자 successnews@successnews.co.kr

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