과학기술정보통신부는 김도환 한양대학교 화학공학과 연구팀이 사람 촉각세포를 모방한 전자피부 소재를 개발했다고 5일 밝혔다. 이번 성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 온라인에도 실렸다.
연구팀은 넓은 범위의 자극을 미세하게 구별할 수 있는 인공 촉각세포를 구현했다. 실제 사람의 피부를 구성하는 촉각세포의 세포막 구조와 기계적 외부자극에 따라 발생하는 생체 이온의 신호전달 원리를 따라한 것이다.
기존 전자피부의 경우, 기계적 자극에 의해 소재의 형태가 변화하면서 발생하는 전기적 특성 변화로 작동한다. 때문에 민감도 향상과 넓은 범위의 자극을 인지하는데 한계를 갖는다.
사람의 생체 촉각세포는 세포막을 기준으로 구획되어 있는 이온들이 외부 역학적 자극에 의해 세포막 내부로 이동해 ‘막전위(plasma membrane potential)’를 발생시킨다. 촉각세포는 세포막을 기준으로 안과 밖의 전위차인 이 막전위를 통해 외부 자극을 인지한다.
연구팀은 폴리우레탄 고분자에 동그란 모양의 실리카 입자를 넣어 인공 세포로 활용하고, 그 주변에 양이온과 음이온간 정전기적 인력이 작용하는 인공 세포막을 조성했다. 이러한 인공 환경에 외부에서 압력이 오면 전해질 내 수소는 다른 분자의 원자와 결합하려는 성질을 보였다.
이로 인해 내부에 있는 이온의 농도와 이동도는 커졌다. 이온이 쉽게 이동할 수 있게 되면서 전자피부 소자의 전하 분포와 수가 늘어났다. 이를 기존 전자피부 소재와 비교하면 약 30배 높은 민감도(21.1kPa-1) 수준이다.
연구팀은 이 전자피부 소자와 블루투스 기반 무선통신 회로 및 모듈을 결합해 터치와 압력의 크기변화로 동력장치의 제어가 가능한 웨어러블 실감형 컨트롤러도 함께 개발했다. 이 장치는 외부 자극을 효과적으로 인지하기 때문에 전력 소모량이 낮아 오랜 기간 쓸 수 있다.
김도환 교수는 "새로운 개념의 전자 피부 기술을 제시한 데 큰 의미가 있다"며 "디스플레이용 실감형 터치스크린, 피부부착형 건강 진단 패치 등 다양한 분야로의 활용이 기대된다"고 말했다.
[김태환 기자 topen@chosunbiz.com]
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