고려대 한창수 교수 연구팀은 최근 인체의 감각기관을 원형에 가깝게 모사해 전원 없이 구동하는 초정밀 인공피부센서를 개발했다. 인공피부센서는 외부의 물리적인 접촉에 의해 전달되는 압력, 진동, 터치 등을 측정하는 센서를 말한다. 이 연구는 국제 학술지 어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials) 최신호에 ‘A Self-Powered Sensor Mimicking Slow- and Fast-Adapting Cutaneous Mechanoreceptors’라는 제목으로 소개됐다. 

최근 압력 및 터치 센서가 의료, 자동차, 항공, 가전, 환경 등 다양한 분야에 활용됨에 따라 민감도가 높은 센서에 대한 관심이 높다. 현재까지 개발된 센서는 낮은 감도와 높은 구동전력 등의 문제를 가지고 있어 개선이 필요했다. 한 교수는 9일 연구 배경에 대해 “이온채널 시스템 등 사람의 촉각기관을 모방하면 새로운 패러다임의 센서를 개발할 수 있지 않을까 하는 기대로 연구를 시작했다”고 밝혔다. 

연구팀은 생체모방형 이온채널 센서에 대한 광범위한 연구를 진행했다. 수용기, 전해질, 이온채널(나노, 마이크로 기공)로 구현되는 기본 시스템은 어느 정도 체계가 잡혀있었다. 하지만 자가구동 요소의 추가 방법, 전해질과 이온채널의 물리·기계적 현상 등에 대한 깊은 연구가 필요했다. 한 교수는 “생체 피부신호와 유사한 고기능 센서를 어떤 방법으로 구현할지 아이디어를 얻는 것이 매우 어려웠다"며 "실험에서 많은 시행착오를 거쳤다”고 했다. 

이렇게 개발한 피부센서는 사람의 피부처럼 외부 자극에 의해 이온이 이동하면서 신호가 전달되는 원리를 이용해 별도의 에너지원 없이 작동한다. 또 자극에 대한 빠른 적응, 느린 적응의 두 가지 신호를 동시에 측정해 혈압, 심전도, 물체 표면의 특징, 점자의 구별 등 매우 다양한 감지능력을 보였다. 빠른 적응은 자극이 시작된 시점과 끝나는 시점에서만 반응신호가 발생하는 특성을 말하며 느린 적응은 자극이 시작돼서 끝나는 시점까지 연속적으로 반응신호가 발생하는 특성을 말한다. 

인공피부 센서는 기존의 실리콘 기반 방식과 다른 새로운 패러다임의 센서다. 생체신호 측정, 로봇피부의 성능 개발 및 개선 등과 함께 IoT와 연계하면 고성능의 무전원 고감도 센싱 모니터링 체계를 구축할 수 있다. 한 교수는 “전기회로나 다른 부수 장치가 필요하지 않으며, 무전원으로 정교한 피부감각의 특성을 구현했다는 점이 매우 고무적”이라면서 “다양한 산업분야에 적용될 것으로 기대된다”고 의의를 설명했다.

서울대와 카이스트에서 기계공학을 전공한 한 교수는 미 노스웨스턴대·퍼듀대 방문연구원과 카이스트 교수를 거쳐 2011년부터 고려대 기계공학과 교수로 재직 중이다. 한국정밀공학회, 대한기계학회, 나노튜브연구회 등에서 활발한 학술활동을 펼쳐오고 있으며, 나노연구혁신상, 최우수논문상, 이달의 과학자상 등을 수상했다.

송강섭 기자 successnews@successnews.co.kr

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