미래부 글로벌프런티어, 냄새 맡는 '전자피부' 개발.."세계 최초"

김도환 숭실대 유기신소재·파이버공학과 교수

[이데일리 오희나 기자] 스마트폰이나 로봇이 우리 주변에서 유해가스가 발생하는 즉시 ‘냄새’를 맡아 알려주거나, 접촉한 사람의 체온과 땀의 정보를 분석해 건강상태를 체크해주는 일 등이 가능해질 전망이다.

미래창조과학부는 16일 글로벌프런티어 나노기반 소프트일렉트로닉스연구단이 촉각, 온도, 습도는 물론, 인간의 피부가 감지할 수 없는 다양한 유해가스 및 유기용매 등을 분별하는 후각 기능이 보완된 ‘냄새 맡는 전자피부’를 세계 최초로 개발했다고 밝혔다.

연구진이 개발한 전자피부는 ‘전기용량’이라는 특성을 이용한 것이다. 전기용량이란 물체가 전기를 저장할 수 있는 능력을 말하며, 연구진은 압력, 터치와 같은 촉각뿐만 아니라, 온도 및 습도, 유해가스 및 유기용매에 의해서도 전기용량이 변화한다는 점에 착안했다.

연구진은 우선 화학기상증착법(CVD)을 통해 전기전도도와 탄성이 높은 탄소나노튜브 섬유를 합성했고, 이를 기반으로 착용형(웨어러블) 압전전기용량(piezo-capacitive) 방식의 소자를 만들었다.

이 소자는 휘어지고 늘어나는 피부로서의 특성을 가지면서도, 지금까지 보고된 촉각 감지 중심의 전자피부와는 달리 하나의 소자가 촉각과 후각을 동시에 감지 가능함을 확인했다.

전자피부(e-skin)는 웨어러블 건강진단기기, 감각을 느끼는 디스플레이, 다기능성 로봇 피부 등 응용 분야가 다양하기 때문에 최근 많은 관심을 받고 있는 연구분야다.

그러나 보고된 대부분의 전자피부들은 압력, 응력, 터치와 같은 촉각형 자극에 대한 민감성 향상에만 초점을 두고 있어 생리학적으로 촉각형 자극뿐만 아니라 온도와 습도변화를 복합적으로 감지하는 인간의 피부를 모방하는데 큰 한계점을 가진다.

연구를 주도한 김도환 숭실대 유기신소재·파이버공학과 교수는 “착용형 ‘냄새 맡는 전자피부’는 미세한 물리적인 변형에 의한 전기용량의 변화를 감지할 수 있을 뿐만 아니라 터치 혹은 유해가스 및 유기용매의 미세한 변화를 감지해 사용자 주변 환경 및 생체신호를 진단할 수 있다”며 “향후 차세대 플렉서블 디스플레이, 극한 환경 및 사고 감지용 스마트 로봇피부 등 인간 친화적 전자기기 구현을 위한 원천기술로 응용돼 큰 부가가치를 창출할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

김 교수는 “이번 기술의 최적화는 3년 안에 이뤄질 것으로 판단된다”며, 상용화를 위한 기술적 난제들이 해결된다면 냄새맡는 웨어러블 전자피부의 실용화는 5년 뒤에 가능할 것”이라고 전망했다.

김도환 숭실대 교수, 박사과정 김소영 연구원, 정영진 교수 연구팀이 주도한 이번 연구는 미래창조과학부 글로벌프런티어사업(나노기반 소프트일렉트로닉스연구단)과 신진연구자지원사업의 지원으로 수행됐다.

연구결과는 재료과학분야 세계적 국제학술지 ‘어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)’ 2015년 28호 표지논문(Front Cover)으로 게재 예정(7월말)이며, 현재 연구팀은 관련 기술로 2건의 국내특허를 출원한 상태다.

한편, 나노기반 소프트일렉트로닉스 연구단은 지난 2011년 글로벌프런티어 연구단으로 선정됐으며, 기존 실리콘 소재의 고성능과 유기소재의 유연성을 모두 지니는 휴대성, 변형성, 사용성이 우수한 유연한 나노 전자소자를 개발하고 있다.

연구단은 나노 소재·공정·소자 기술 개발을 3대 핵심과제로, 개별 요소기술 개발(1단계) - 기술·시스템 융합(2단계) - 성능최적화·사업화(3단계)로 이어지는 단계별 연구를 통해 미래형 전자기기 산업을 선도할 수 있는 핵심 원천기술과 시장을 선점한다는 계획이다.

온도, 습도, 및 촉각 등 인간과의 교감이 가능할 뿐만 아니라 후각을 통해 사용자 환경감지가 가능한 ‘냄새 맡는 전자피부’ 모식도. 미래창조과학부 제공