맥박 짚고 지문도 감지…초미세 압력 잡아내는 센서
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맥박 짚고 지문도 감지…초미세 압력 잡아내는 센서
  • 최정 기자
  • 승인 2020.02.13 15:26
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ETRI, 나노복합소재 이용 초고감도 투명 압력센서 개발
“생체인증‧의료‧웨어러블 기기‧터치형 디스플레이 등 활용”
ETRI 연구진이 개발한 얇고 투명한 초감도 압력센서시트. ETRI 제공

국내 연구진이 맥박 같은 아주 미세한 압력의 변화도 감지할 수 있는 센서를 개발했다. 압력을 가한 물체의 3차원 정보도 표현해 낼 수 있어 웨어러블 기기나 의료기기, 보안분야 등 다양한 영역에 활용될 것으로 기대된다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 서울대 홍용택 교수, 이병문 연구원과 함께 나노 복합소재를 이용해 기존보다 민감도가 최대 20배 높은 초고감도 투명 압력 센서를 개발했다고 13일 밝혔다.

전극으로 날실과 씨실을 엮듯 십(十)자 패턴을 만들고 맞닿는 부분의 압력에 따라 전도도가 달라지는 기존의 센서는 미세한 압력 변화를 감지하기 어렵고 압력 신호 데이터를 추가 처리해야만 관련 정보를 볼 수 있다는 한계가 있었다.

 ETRI 연구진이 개발한 양자점 발광 소자 적층 구조의 층별 구성 물질 설명. ETRI 제공

ETRI는 새로운 센서 물질로 나노 소재를 이용하고 이를 양자점(Quantum dot) 발광 소자의 적층 구조에 응용해 감도를 높이면서도 압력분포를 바로 볼 수 있게 개발했다. 압력에 의해 접촉된 부분만 발광하는 형태다.

연구진은 전도성 고분자 나노 와이어와 나노 셀룰로스를 섞은 복합 소재를 센서 물질로 썼다. 나노 와이어끼리 접촉이 많아지면 전도도가 높아진다. 접촉량을 늘릴 수 있도록 머리카락 두께의 100분의 1 굵기인 1㎛ 두께의 초박형 투명 고감도 센서로 복합 소재로 만들었다. 1㎛ 센서 층에는 약 100개 층을 쌓을 수 있다.

또 센서 물질을 적용한 양자점 소자도 만들었다. 전기를 가하면 발광하는 퀀텀닷 구성층 맨 위에 연구진이 개발한 나노 물질을 올려 압력이 가해질 때만 전류가 흘러 빛을 내게 만든 것이다.

연구진은 개발한 센서는 사람 맥박 표시가 가능할 정도로 민감도가 우수하고 바늘 침의 압력도 감지 가능한 수준으로 정교하다. 또 1㎛ 두께로 얇고 나노 복합소재 색이 투명해 소자도 투명하게 만들 수 있어 다양한 기판에 올려 활용하기 쉽다.

ETRI 연구진이 개발한 초고감도 압력센서를 이용해 얇고 미세한 패턴의 압력분포를 보여주는 모습. ETRI 제공

센서의 초고감도 성능을 활용하면 물체의 하중 및 물체의 표면이 어떤 모습인지도 구별 가능하다. 연구진은 나뭇잎의 잎맥 형상, 손가락의 지문 모양 및 지문의 깊이 등 아주 작고 세밀한 패턴이 있는 물체의 표면들을 실시간으로 표시하고 데이터 처리를 통해 깊이감이 있는 3D로 표시해냈다.

ETRI연구진이 개발한 압력센서를 웨어러블 기기와 디지털헬스 분야에 활용한 예시와 로봇팔에 적용해 정확한 감도로 물건을 집는 모습, 생체인증 분야에 활용한 상황을 CG로 나타낸 모습. ETRI 제공

연구진이 개발한 센서를 박막 형태로 만들어 피부에 부착하면 맥박을 감지해 전송할 수 있고, 지문도 표현 가능해 생체인식 관련 보안에도 활용될 수 있다. 연구진은 특성‧안정성 등을 추가 검증하고 보안‧전자‧의료와 기타 산업 분야에 기술을 이전해 나갈 계획이다.

ETRI 이정익 실감소자원천연구본부장은 “연구진이 개발한 초박형 압력 센서는 생체인증, 웨어러블 기기, 로봇 팔, 터치형 디스플레이, 의족‧의수, 전자제품 등 압력 센서가 활용된 분야에 폭넓게 활용 가능하다”고 밝혔다.

이번 연구 성과는 지난달 31일 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 온라인에 게재됐다.


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