발광물질 결합해 육안으로 압력 식별 가능
전자‧헬스케어‧의료산업 등 활용 기대
발걸음의 큰 압력부터 세포의 움직임 같은 초미세 압력까지 감지해내는 압력 인식장치가 개발됐다. 기존 장치보다 정밀도가 대폭 향상돼 전자‧의료산업 등 다양한 영역에 활용될 것으로 기대된다.
16일 기초과학연구원(IBS)은 나노의학 연구단 박장웅 연구위원(연세대 신소재공학과 교수) 연구팀이 연세대, 한양대, 한국과학기술원(KAIST)과 공동으로 3차원 고해상도 촉각 인식장치를 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 개발한 장치에 압력을 감지하는 발광물질도 결합해 촉각 분포를 육안으로 관찰할 수 있도록 했다.
촉각 인식장치는 압각, 온각과 냉각, 통각 등 다양한 촉각을 측정하고 나타내는 장치다. 최근에는 온도는 물론 소리와 빛 등을 피부로 감지하고 데이터화하는 다양한 인식장치가 개발되고 있다.
연구진은 촉각 인식장치 내 센서를 조밀하게 배열해 촉각을 민감하게 인식할 수 있도록 했다. 약 0.4㎟ 넓이의 사람 머리카락 단면에 400개의 센서를 배열해 장치를 개발했다. 기존에는 센서간 간섭이 심해 조밀하게 배열하는 것이 어려웠지만, 연구진은 압력에 따라 두께가 변화하는 물질을 이용한 트랜지스터 센서를 개발해 센서 간 간섭 없이 조밀한 배열이 가능하도록 했다.
개발한 인식장치의 실험결과 50kg의 사람이 굽 반경 1㎝ 구두를 신고 인식장치를 밟았을 때, 굽에 가해지는 압력의 면적과 세기가 인식장치에 실시간으로 표시됐다. 또 사람 심장세포의 움직임을 3차원으로 측정해 심장세포 하나가 박동할 때의 압력이 구두 굽으로 밟는 힘보다 약 1만 배 미세함을 확인했다.
연구진이 개발한 3D 촉각 인식장치는 발걸음 같은 큰 힘부터 세포 움직임 같은 초미세 압력까지 넓은 스펙트럼의 힘 감지가 가능하다. 이는 기존의 인식장치보다 정밀도가 100배 이상 향상된 것으로 전자기기 산업부터 건강관리 및 의료 분야까지 다양하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
박장웅 연구위원은 “앞으로 심장박동 및 혈압 등을 모니터링 하는 장치를 개발하고 신체 정보를 데이터화해 인공지능 진단 등에 활용할 계획”이라며 “폭넓은 활용을 위해 촉각뿐만 아니라 단백질 정보까지 함께 감지할 수 있는 장치도 후속 연구로 개발 중”이라고 덧붙였다.
이번 연구결과는 국제 학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters)’ 표지 논문으로 게재됐다.
