단국대 송지현 교수(기계공학과) 연구팀이 차의과대학(안중호 박사팀)과 공동으로 레고처럼 원하는 모양으로 조립해 사용할 수 있는 초박형 신축성 변위 센서를 개발했다.
초박형 신축성 변위 센서는 대상물의 위치 변화량을 검출해 높이나 두께를 측정하는 센서이다. 얇고 늘어날 수 있어 최근 의료, 헬스케어, 웨어러블 기기를 비롯해 로보틱스 등의 분야에 응용이 가능해 주목을 받고 있다.
기존의 신축성 센서는 기판과 일체형으로 제작되어 디자인 변경이 불가능해 사용자 맞춤형으로 만드는데 어려움이 있었다. 연구팀은 기능성 전자 잉크로 초박형 변위 센서를 대량으로 생산해 기판에서 분리해 레고처럼 단위 센서를 연결하고 조립하는 기술을 선보였다.
특히 2차원 형태의 센서를 3차원으로 만들어 수평·수직 그리고 여러 힘을 동시에 감지할 수 있는 형태로 성능을 확장해 적은 비용으로도 맞춤형 고성능 신축성 센서를 제작할 수 있게 됐다.
센서는 구불구불한 구조를 기본으로 양끝단에 접속 회로를 만들어 넣었다. 이 접속 회로를 통해 다른 센서들을 연결하거나 와이어를 연결해 변위에 따른 전압 데이터를 수집한다. 단위 센서는 최대 2배까지 늘어나고 100 mV까지 전압을 출력할 수 있다.
연구팀은 센서를 조립해 꽃, 새, 뱀 등 다양한 형태를 만들어냈다. 또한 다양한 센서 모델을 웨어러블 및 이식용 센서로 적용하여 사람 몸 그리고 쥐의 심장 및 근육의 움직임을 성공적으로 모니터링했다. 이를 통해 이식용 센서로써 생체 적합성 평가에서도 우수한 특성을 확인했다.
송지현 교수는 "맞춤형·고성능 신축성 센서를 적은 비용으로 제작할 수 있는 길을 열었다"라며 "차세대 웨어러블 기기나 생체 의학 장치, 로봇공학 등의 센서 기술에 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 기대 한다"라고 밝혔다.
연구논문은 재료과학 및 다학제 연구분야 상위 4% 이내 (JCR, 2022년 기준)인 국제 저명 학술지 「Advanced Functional Materials (2022년 IF=19.0)」에 2024년 1월호 표지논문으로 게재되었다. 논문명은 ‘Lego-Like Model Reconfigurable and Transparent Stretchable Strain Sensor for Wearable and Biomedical Applications’이다.