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늘어나도 끄떡없고 끊어져도 스스로 붙는 웨어러블 소재 개발

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늘어나도 끄떡없고 끊어져도 스스로 붙는 웨어러블 소재 개발

2019.06.04 14:40
손동희 한국과학기술원(KIST) 바이오닉스 연구단 선임연구원과 서현선 생체재료연구단 연구원 공동연구팀은 웨어러블 기기에 활용 할 수 있는 신축성과 전도성이 좋은 소재를 개발하는 데 성공했다. 이를 활용해 팔과 로봇을 연결하는 시연도 성공했다. KIST 제공
손동희 한국과학기술원(KIST) 바이오닉스 연구단 선임연구원과 서현선 생체재료연구단 연구원 공동연구팀은 웨어러블 기기에 활용 할 수 있는 신축성과 전도성이 좋은 소재를 개발하는 데 성공했다. 이를 활용해 팔과 로봇을 연결하는 시연도 성공했다. KIST 제공

길이가 35배 늘어나도 끄떡없는데다 전기전도성은 오히려 좋아지는 웨어러블 신소재가 개발됐다. 끊어져도 스스로 붙는 자가 치유 특성도 지니고 있어 고성능이면서도 안정적인 웨어러블 기기를 개발하는 데 도움이 될 것으로 보인다.

 

손동희 한국과학기술원(KIST) 바이오닉스 연구단 선임연구원과 서현선 생체재료연구단 연구원 공동연구팀은 우수한 신축성을 가지고 큰 변형이 있어도 높은 전도성을 유지할 뿐 아니라 자가 치유 특성을 갖는 신소재를 개발했다고 4일 밝혔다.

 

연구팀은 지난해 개발했던 신축성이 높고 자가 치유 특성을 갖는 고분자 내부에 은 미세입자들을 분산해 분포시켜 우수한 신축성을 가지면서도 변형에도 문제없는 전도성 고분자 복합 신소재를 제작했다. 원래 고분자 소재가 갖고 있던 특성인 실제 피부와 비슷한 강도를 그대로 유지해 몸에 붙여도 이질감이 느끼지 않게 했다.

 

이번에 개발된 소재는 변형이 일어나면 성능이 오히려 좋아졌다. 기존 소재는 변형이 일어나면 전기전도도가 약해져 성능이 떨어졌다. 반면 이 신소재는 초기 상태의 35배까지 변형되고, 전기전도도도 변형됨에 따라 최대 60배까지 좋아졌다. 손상되거나 완전히 끊어져도 스스로 회복하거나 붙는 자가치유력은 그대로 유지됐다.

 

연구팀이 개발한 소재는 35배 이상 당겼을때도 끊어지지 않을 뿐 아니라 전기 전도도도 오히려 좋아졌다. KIST 제공
연구팀이 개발한 소재는 35배 이상 당겼을때도 끊어지지 않을 뿐 아니라 전기 전도도도 오히려 좋아졌다. KIST 제공

연구팀은 주사전자현미경(SEM)과 마이크로 단층촬영(CT)을 통해 소재의 변형에 따른 내부 구조 변화를 들여다봐 원인을 규명했다. 외력에 의해 변형이 일어나면 내부의 전도성 미세입자가 재배열해 전기적 특성이 자발적으로 늘어났다. 연구팀은 이를 ‘셀프 부스팅’ 현상으로 명명했다.

 

이 소재를 인터커넥트로 활용해 실제 인체에 부착해 생체 신호를 실시간으로 측정하고 신호를 로봇 팔에 전송해 실제 인간 팔 움직임을 실시간으로 그대로 모방하는 데 성공했다. 인터커넥트란 인체로부터 측정한 생체 전기신호를 전자 소자로 안정적으로 전달하기 위해 인체와 전자 소자 사이를 연결하는 장치다. 손을 쥐거나 펴는 동작에 따라 인터커넥트가 신호를 로봇 팔에 전달해 따라 움직이게 하는 데도 성공했다.

 

서 연구원은 “개발한 소재는 극심한 외력과 변형에도 안정적으로 구동할 수 있어 차세대 웨어러블 전자기기 개발과 상용화에 기여할 것”이라고 말했다. 손 선임연구원은 “이번 연구성과는 4차산업혁명 시대를 이끌 의공학과 전자공학, 로봇공학 분야에서 필요한 소재 원천기술로 다양한 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

 

연구결과는 지난달 9일 국제학술지 ‘미국화학회 나노’에 실렸다.

 

손동희 한국과학기술원(KIST) 바이오닉스 연구단 선임연구원(왼쪽)과 서현선 생체재료연구단 연구원. KIST 제공
손동희 한국과학기술원(KIST) 바이오닉스 연구단 선임연구원(왼쪽)과 서현선 생체재료연구단 연구원. KIST 제공

 

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