KAIST, 미세한 표정·맥박 움직임에도 탁월한 ‘웨어러블 인장센서’ 개발

광 투과 방식으로 신호 한정성 입증…헬스케어 모니터링 등에 활용 가능

KAIST는 신체 동작 및 자세 모니터링에 활용이 가능한 탄소 나노튜브–탄성 중합체 복합소재 광 투과 방식의 웨어러블 유연 인장 센서를 개발했다고 7일 밝혔다.

기계공학과 박인규 교수 연구팀이 개발한 이 기술은 맥박, 표정, 자세, 동작 등을 측정해 관절부의 움직임 교정이나 헬스케어 모니터링 등에 활용 가능하다.

최근 헬스케어에 대한 관심이 커짐에 따라 인체에 적용하는 센서로서의 유연 소재를 기반으로 다양한 전기저항식, 정전용량 방식의 플랫폼을 이용한 인장 센서가 많이 개발되고 있다.

그러나 기존의 전기저항식 센서는 장시간 반복 신호 안정성, 선형성에 한계를 보이고 있다는 지적이 있어왔다.

광 투과도 변화를 활용한 탄소나노튜브 기반 유연 인장 센서 구조 [제공=KAIST]

이같은 문제점을 해결하기 위해 연구팀은 탄소 나노튜브가 함침된 탄성중합체의 인장에 따른 광 투과도 변화 현상을 활용해 유연 인장 센서를 개발했다. 이는 수 퍼센트에서 400%에 달하는 넓은 범위의 인장률을 안정적으로 측정할 수 있다.

연구팀이 개발한 센서는 외부 인장에 따라 탄성중합체에 함침된 탄소 나노튜브 필름에 틈이 형성돼 광 투과도를 크게 변화시켜 기존의 광학 방식 인장 센서에 비해 10배 이상의 높은 감도를 가진다.

또 1만3,000회 이상의 인장 변형에도 안정적인 신호 회복을 보이고 다양한 환경 요인(온도, 습도)에도 안정적인 감지 성능을 보여 웨어러블 기기로 활용할 수 있는 큰 가능성을 보였다.

박인규 교수는 “이번 연구에서는 기존의 전기저항식, 정전용량식 및 광학 방식의 유연 인장률 센서가 갖는 한계점을 극복할 수 있는 새로운 플랫폼을 개발했다”라며 “헬스케어, 엔터테인먼트, 로보틱스 등 다양한 분야에 널리 활용할 수 있는 우수한 성능의 웨어러블 센서를 실현했다”라고 말했다.

구지민 박사과정이 1 저자로 참여한 이번 연구는 나노기술 분야 국제 학술지 ‘ACS Applied Materials & Interfaces’ 표지 논문에 게재됐다.

김범규 기자 다른기사 보기