바이오인

핵심내용

웨어러블 기기용 초민감형 스마트 섬유 센서 개발
- 무선 드론 조종 장갑 시연에 성공, 웨어러블 기기의 의복화 기술 선점 -

□ 국내 연구진이 새로운 형태의 고성능 전도성 섬유*와 함께 웨어러블 기기용 초민감형 스마트 센서 개발에 성공했다. 동 성과는 기존의 난제였던 높은 전기적 성능과 안전성을 동시에 구현함으로써, 웨어러블 기기의 의복화 실현 가능성을 앞당겼다는 데에 의의가 있으며, 향후 사물인터넷(IoT), 헬스케어(health care), 모션 감지 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 
* 고성능 전도성 섬유 : 전류가 자유자재로 흐를 수 있는 섬유 소재. 기존의 구리 전선을 대체할 수 있는 성능을 지님
  o 연세대 이태윤 교수가 주도한 이번 연구는 교육부와 한국연구재단이 추진하는 이공분야 중점연구소(소장 : 이우영 교수) 지원사업의 지원을 받아 수행되었으며, 과학적 성과를 인정받아 재료분야 국제 최상위 학술지인 Advanced Materials에 표지 논문으로 선정되어 4월 17일에 발표되었다.
(논문명 : Conductive Fiber-Based Ultrasensitive Textile Pressure Sensor for Wearable Electronics)

□ 기존의 전도성 섬유는 높은 전기적 성능과 외부 자극에 대한 안정성을 동시에 확보하는 것이 매우 어려웠으나, 본 연구팀은 유연성 폴리머*와 금속 나노입자의 복합체를 사용하여 기존 전도성 섬유의 한계를 극복하고, 높은 전기적 성능과 안정성을 동시에 지니는 고성능 전도성 섬유를 개발하였다. 또한, 섬유 표면에 유연성 절연체**를 적용하여 민감도를 높인 스마트 섬유 센서***를 구현하였다.
* 유연성 폴리머 : 외부 자극에 대해 손상되지 않고 쉽게 늘어나거나 변형되는 특징을 가지는 폴리머 물질
** 유연성 절연체 : 외부 자극에 대해 손상되지 않고 쉽게 늘어나거나 변형되는 특징을 가지는 절연체 (전기가 통하지 않는 물질)
*** 스마트 섬유 센서 : 기존의 칩 형태가 아닌 섬유 형태로만 구성된 압력 센서

□ 연구팀이 개발한 스마트 섬유 센서는 옷이나 장갑 등에 부착하여 사용자의 불편함 없이 높은 해상도로 구현이 가능하며, 스마트 섬유 압력 센서 분야에서 세계 기록에 버금가는 수준의 높은 민감도(0.21 kPa-1*)를 보유하게 되었다.
* kPa-1 :  민감도를 나타내는 값, 단위 압력이 가해졌을 때 압력센서의 반응이 얼마나 변하는지 나타냄. 0.21 kPa는 8mg 쌀알 한 톨도 성공적으로 감지할 수 있는 수준
  o 연구팀은 지난 12월 16일, 개발한 스마트 섬유 센서를 장갑에 적용하여 드론을 무선으로 조종할 수 있는 드론 조종 장갑을 제작하고 시연에 성공하였다.

□ 이태윤 교수는 “이번 연구를 통해 기존 웨어러블 압력 센서의 성능을 향상시키고 용액 기반 공정을 통해 제조 단가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 실제 의류에 쉽게 적용 가능하기 때문에, 웨어러블 스마트 섬유 센서 발전에 기술적 돌파구를 제시하였다는 점에서 웨어러블 기기, 사물인터넷(IoT) 등의 산업에 파급 효과가 매우 클 것으로 예상된다.”고 연구의의를 밝혔다.

상세내용

연 구 결 과  개 요

1. 연구배경
 ○ 웨어러블 기기의 발전과 더불어 스마트 섬유 분야가 유망한 미래 기술로 떠오르고 있다. 스마트 섬유 기술의 핵심인 전도성 섬유의 경우 높은 전기적 성능과 더불어 외부 자극에 대한 안정성을 동시에 확보하는 것이 필수 요소이지만 기존 전도성 섬유는 이를 만족시키기 어려웠다. 또한, 순수 섬유 기반으로는 고성능의 센서를 제작하는 것이 쉽지 않아 스마트 섬유 센서를 웨어러블 기기로써 적용하는데에 한계가 존재해왔다. 본 연구를 통해서 고성능의 전도성 섬유 및 스마트 섬유 압력 센서를 개발함으로써 기존 기술의 한계를 극복하는데 중요한 기술적 토대를 마련하였다.

 2. 연구내용
○ 본 연구에서는 유연성 폴리머와 금속 나노입자의 복합체를 사용하여 높은 전기적 성능과 안정성을 동시에 보유한 고성능 전도성 섬유를 개발하고, 이를 이용하여 순수하게 섬유로 구성된 스마트 섬유 압력 센서를 개발하였다.
○ 본 연구의 스마트 섬유 압력 센서의 경우, 제직 기법을 통해 옷이나 장갑 등에 사용자의 이물감 없이 높은 해상도로 구현이 가능하며, 구조적 특성을 기반으로 스마트 섬유 압력 센서 분야에서 세계 기록에 버금가는 수준의 높은 민감도를 보유하고 있다. 
○ 본 연구팀은 개발한 스마트 섬유 압력 센서를 장갑 및 의류에 직접 적용하여 드론 등의 로봇을 무선으로 조종할 수 있는 로봇 조종 의류를 제작하고 시연에 성공하였다.

 3. 기대효과
○ 본 기술을 통해 고성능의 압력센서를 실제 장갑이나 의류에 이물감 없이 쉽게 적용할 수 있기에 웨어러블 기기용 스마트 섬유 분야의 발전에 공헌할 수 있을 뿐만 아니라, 추후 사물인터넷(IoT), 헬스케어, 모션 센싱 등 다양한 분야에 널리 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

연 구 결 과 문 답

...................(계속)

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