광운대 박재영 교수, 인체 맥박·걸음걸이·체온 측정하는 패치센서 개발

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박재영 광운대 전자공학과 교수(사진 왼쪽)와 아스호크 박사과정
<박재영 광운대 전자공학과 교수(사진 왼쪽)와 아스호크 박사과정>

광운대 박재영 교수 연구팀(전자공학과)은 유연한 소재와 나노 공정기술을 이용해 인체 맥박, 목소리, 걸음걸이, 체온을 측정하고 모니터링할 수 있는 패치 센서를 개발했다고 9일 밝혔다.

이번 연구는 여러 개 개별 센서를 기판에 부착 혹은 통합 패키징 하는 기존 방법과는 다르게 하나의 단일 센서로 스트레인(변형)과 온도를 측정하기 위해 흑린과 레이저 조사 그래핀 합성물 기반 신소재를 개발해 사용했다. 또 반복 사용과 인체 부착이 쉽도록 유연하고 신축성 있는 고무소재, SEBS를 센서 기판으로 사용했다.

최근 유연 패치형 멀티센서는 압력, 변형, 온도같은 여러 물리자극을 감지할 수 있는 웨어러블 의료 및 헬스케어, 전자피부, 로봇, 가전 등에서 폭 넓게 활용될 수 있어 많은 연구가 진행 중에 있다. 멀티센서는 하나의 칩 혹은 패치로 통합시키는 것이 가장 효율적이만 각각의 센서 제작에 사용되는 소재가 다양하고 집적화 제작 공정이 복잡해 수율이 낮고 많은 비용이 소모되는 단점이 있었다. 이에 각각의 자극을 분리된 신호로 나눠 사용하는 다중 변수 센서들이 일반적으로 사용됐다.

고성능 스트레인-온도 하이브리드 유연-신축 패치센서 구조 및 측정된 성능
<고성능 스트레인-온도 하이브리드 유연-신축 패치센서 구조 및 측정된 성능>

이번 연구에선 레이저 빔 조사를 통해 쉽게 만들어진 그래핀에 흑린을 브리징(bridging) 소재로 사용해 센서 민감도, 스트레인의 측정 범위, 신뢰성과 안정성을 크게 향상시켰다. 또 온도가 변함에 따라 전류가 흐르는 열전효과와 변형에 따라 저항이 변하는 압전효과를 이용해 온도와 압력을 함께 측정할 수 있는 하이브리드 센서를 개발했다. 웨어러블 스마트 의료 및 헬스케어, 로봇, 스포츠, 국방 산업에 폭넓게 활용 가능한 핵심 기술로 평가받고 있다.

연구팀은 제작된 센서를 이용해 미세한 정맥 맥박 및 목소리와 같은 작은 변형부터 걸음걸이와 뛰기와 같은 큰 변형과 피부온도를 측정하는 실험을 성공적으로 완료함으로써 상용화 가능성을 타진했다.

이번 연구는 한국연구재단 중견연구과제와 바이오의료기술개발사업 지원을 받아 수행됐다. 연구성과는 세계 최고의 소재 및 소자 연구 전문저널인 와일리(WILEY) 출판의 어드밴스드펑셔널머티리얼즈 2021년도 3월호에 게재 및 표지논문으로 선정됐다.

김명희기자 noprint@etnews.com