국내 연구진, 3D 구조 디바이스를 풍선 불듯 제작하는 원천기술 개발

[이데일리 이연호 기자] DGIST는 로봇공학전공 김소희 교수 연구팀이 3D 구조의 유연한 의료용 디바이스 제작 원천기술 개발에 성공했다고 7일 밝혔다. 향후 관련 전기 자극 장치나 소프트 로봇 개발에 크게 활용이 될 것으로 기대된다.

선택적 층간 접착 기술로 제작된 다양한 유연성 3차원 구조물. <그림(a) ~ (c)> 풍선 형상의 3차원 구조물에 공기(왼쪽)와 액체(오른쪽)가 차 있는 모습. 약물 컨테이너 등으로 사용 가능하다. <그림(d) ~ (f)> 여러 개의 연결된 풍선을 불어 구부러지는 정도와 힘을 조절할 수 있다. 물체를 집을 수 있는 엑츄에이터 등으로 사용 가능하다. 사진=DGIST.

김소희 교수팀은 플라즈마를 이용해 고분자 박막의 일부분을 선택적으로 접합시키는 방법을 응용한 새로운 3D 구조물 제작 기술을 개발했다. 기술을 적용할 경우 기존 제작방식보다도 손쉬운 3차원 구조물 제작이 가능해 향후 관련 연구에 긍정적인 영향을 줄 것으로 기대된다.

기존의 유연한 3차원 구조물은 구조물의 면 위·아래로 접착제를 이용해 필름을 직접 붙이거나 이미 만들어진 구조체를 기판 위에 그대로 옮겨와 붙이는 등 수작업이 불가피했다. 이 같은 점은 제작 효율 낮춰 관련 연구와 개발에 많은 걸림돌이 돼왔다.

반면 김소희 교수팀은 두 고분자 박막에 플라즈마 처리를 진행해 가장자리만 접착시키고 접착되지 않은 부분에는 공기나 유체를 주입해 부풀려 3D 구조를 형성했다. 추가적으로 기존 방식과 달리 생성된 3차원 구조물 안쪽과 바깥쪽에 간편한 금속 도선 설치가 가능해 각종 센서나 액츄에이터로 활용이 가능하다.

김소희 교수팀이 개발한 기술을 활용하면 복잡한 표면에도 밀착되는 맞춤형 3차원 구조의 디바이스 제작이 가능하다. 디바이스를 위치시켜 풍선 불듯 부풀려 설치하기 때문에 뇌처럼 복잡한 표면을 지닌 신체 부위에도 맞춤형 설계가 가능하다.

또 그동안 어려웠던 3차원 미세전자기계시스템(Microelectromechanical System, MEMS) 구조물에 손쉽게 수십 마이크로미터 굵기의 도선을 형성할 수 있다. 이를 활용한다면 뇌를 포함한 신체 기관 내 압력 측정, 전기 자극 및 탐지가 가능한 장치, 소프트 로봇 등 폭넓게 활용이 가능할 것으로 기대된다.

이번 연구 결과는 지난 2일 ‘미국화학회 어플라이드 머티리얼즈 & 인터페이스(ACS Applied Materials & Interfaces)’ 속표지 논문으로 게재됐다. 논문에 소개된 원천기술은 다수의 국내외 특허로 이미 출원 또는 등록된 상태다. 이번 연구는 과학기술정보통신부 중견연구자지원사업과 DGIST 일반사업의 지원으로 수행됐다. DGIST 로봇공학전공 문현민 박사과정생과 KIST 추남선 박사후연구원이 공동 제1저자로 연구에 참여했다.