4천번 구부려도 성능저하 없는, 압력 및 스트레인 센서
기존 센서대비 10배이상 고민감도, 신축성 좋고 화학적 안정

국내 연구진이 장애인의 의수(義手)나 의족(義足), 로봇에 직접 부착이 가능한 고무형태의 압력센서 개발에 성공했다. 이로써 향후 본 센서를 활용하면 사람의 신경조직과 같은 역할을 하게 되어 감각을 느끼는데 도움을 줄 전망이다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 올해 초 그래핀 복합소재 기반 직물형 센서 개발을 한데 이어 이번에는 센서를 고무형으로 만들었다. 이로써 수 천번 구부리거나 늘려도 높은 재현성을 갖고 기존 센서 대비 10배이상 높은 민감도의 고무형 압력 및 변형(Strain) 복합센서 개발에 성공했다.

연구진은 테스트용으로 1cm x 1cm의 센서를 만들었다. 센서 크기는 향후 조정이 가능하다. 일단, 장갑용이나 손가락에 적용 가능케 만들어 작은 크기로도 손가락 등에 붙여 작은 압력 반응에도 민감도를 극대화 시킨다는 계획이다.

ETRI는 기존 압력센서들이 민감도 확보가 가능하지만, 압력의 변화에 따른 반응은 낮아 이를 해결하는데 힘썼다고 밝혔다.

연구진은 또한 면적이나 길이가 변함에 따라 저항이 변하는 저항형 센서 방식을 사용하였다. 이는 저항의 변화로 센서 동작여부를 손쉽게 확인이 가능하기 때문이다.

특히 사람의 피부에 적용키 위해서는 딱딱하거나 피부와의 이질감이 들지 않는 소재를 찾기 위해 노력했다. 그래서 탄성이 좋고 인체에 무해한 에코플렉스(Ecoflex)라는 고무형 재질을 선택했다고 설명했다.

연구진은 3차원 그래핀의 경우 스펀지 형태와 비슷해 손으로 눌렀다 떼게 되면 길이나 면적 변화시 저항이 변하게 됨을 알 수 있다고 설명했다. 스펀지 표면이 그래핀으로 코팅되어 있어 전도성을 가지기 때문에 수직으로 압력을 가할 때 표면적 변화에 따른 저항 변화를 알 수 있다.

이후 그래핀 스펀지의 표면에 이황화 몰리브덴(MoS2)을 이용하여 양각의 평면 쉬트를 만든 후에 유연한 고분자인 에코플렉스를 결합시켜 높은 민감도를 가지면서 유연한 고무형 센서를 만들 수 있었다고 밝혔다. 이로써 우수한 전기전도도를 가지면서 낮은 압력 변화에도 높은 민감도를 나타내는 센서를 제작했다.

연구진은 이와 같은 고무형 센서가 향후 의수나 의족, 로봇에 먼저 적용이 가능하고 병원의 재활치료에도 큰 도움을 줄 것으로 내다보고 있다.

특히 재활치료의 경우, 재활시 치료과정의 회복 정도를 알기 매우 어려웠는데 본 센서를 이용해 환자에게 붙여 활용하게 되면 치료정도의 정확한 정량 분석이 가능하다고 설명한다.

즉 환자가 팔을 올리는 재활과정에서 피부에 센서를 붙여 측정케 되면 팔 올림에 따른 저항 변화를 쉽게 관측이 가능하다는 것이다.

인체 무해, 전자피부형 촉각센서를 테스트 중인 모습