고무장갑처럼 늘어나는 인공피부 개발 길 열었다
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미국 휴스턴대 김해진 연구원 등 국제학술지에 소개
신축성 좋고 온도 느끼는 반도체 소자·센서 개발
로봇손에 덧씌우는 수술용 스마트 장갑 등 활용분야 '무궁무진'
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미국 휴스턴대 김해진 연구원(32)과 쿤지안 유 교수 연구진은 실리콘 고무의 일종인 폴리디메틸실록산(PDMS)과 전극 소재를 이용해 사람 피부처럼 잡아당기면 늘어나는 고무 트랜지스터와 센서를 개발했다고 국제학술지 사이언스 어드밴시스 8일자에 발표했다.
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연구진은 피부처럼 잘 늘어나는 고무 소재에 지름이 수십 나노미터(1나노미터=10억분의 1m)인 금나노 유기 반도체 나노선을 넣어 전기가 통하면서도 늘어나는 반도체 특성을 지니도록 하는 데 성공했다. 전자피부가 늘어나고 줄어들 때 변화를 가늠하는 변형센서와 압력센서, 온도센서도 함께 제작했다. 트랜지스터에서 절연체만 빼면 간단히 센서가 되는 구조다.무엇보다 이들 고무반도체 소자는 사람 피부보다 신축성이 뛰어나다. 사람 피부는 평소의 1.3배까지 늘어나지만 이 고무반도체는 1.5배까지 늘어난다. 두께도 250㎛(1㎛=1000분의 1㎜)로, 머리카락 굵기의 두세 배에 불과하다. 손가락이 움직이는 로봇팔에 덧씌우기만 해도 인간의 팔처럼 온도와 압력 등을 느끼는 인공팔을 제작할 수 있다.
연구진은 실제 로봇손에 고무반도체로 만든 변형센서를 달아 수화 동작을 인식하는 데 성공했다. 온도 센서를 로봇손가락에 붙여 물컵을 잡을 때 뜨거운지, 차가운지 온도도 감지했다.
이번 연구를 주도한 김 연구원은 지난해 연세대에서 박사 학위를 받고 미국으로 건너가 휴스턴대 기계공학과에서 박사후연구원으로 일하고 있다. 연구에는 재료공학과에서 박사 과정을 밟는 심교승 연구원도 참여했다.김 연구원은 “이번 연구에선 가로 세로 각각 1㎝에 트랜지스터와 센서를 구현했다”며 “집적도를 높인 트랜지스터 회로 기술과 다양한 센서 기술을 확보하면 사람에 가까운 전자피부를 만들 수 있다”고 말했다.
박근태 기자 kunta@hankyung.com