색깔 변화로 건축물 노후화 진단, 나노광학 센서 기술 개발

한국기계연구원(이하 기계연)은 필름 형태의 나노광학 소자를 이용해 건축물의 변형을 감지하는 센서 기술을 세계 최초로 개발했다고 밝혔다. 이 기술은 건축물의 노후화와 안정성을 보다 간편하게 진단할 수 있게 해, 기존의 고비용·고전문성 구조물 진단 방식을 혁신할 것으로 기대된다.

기계적 변형을 색상 변화로 감지하는 필름형 나노광학 센서
과학기술정보통신부 산하 기계연 나노융합연구본부의 윤재성 책임연구원과 UST-KIMM 스쿨 박사과정 학생인 녠황민 연구팀은 공작새 깃털과 모포나비의 ‘구조색 현상’에 착안해 나노패턴이 형성된 필름형 변형 센서를 개발했다. 이 필름은 건물에 부착하면 변형 정도에 따라 색상이 자연스럽게 변화해, 건축물의 노후화 및 손상 여부를 쉽게 확인할 수 있다.

관찰각도 영향 없는 정밀 측정 가능
기계연이 개발한 나노광학 센서는 기계적 변형을 나노패턴에 의한 광학적 발색으로 표시해, 색소나 염료, 전원이 불필요한 형태다. 스마트폰으로 색상을 수치화하면 정밀 계측이 가능해, 기존 구조물 진단 과정을 단순한 필름 부착만으로 대체할 수 있다. 특히 이번 기술은 관찰 각도에 따라 색상이 변하는 기존 나노구조색의 한계를 보정해, 어느 각도에서도 일정한 색상을 유지하도록 개선한 것이 특징이다.

AI 기반 위험 판별 모니터링 솔루션 확보
연구팀은 색상 변화 이미지를 인공지능(AI)으로 학습해 위험 여부를 판별하는 모니터링 솔루션도 개발했다. 이를 통해 스마트폰 앱, 드론, 로봇, CCTV 등 다양한 측정 방법을 활용해 기존에 측정이 어려웠던 건축물의 손상 및 위험성을 파악할 수 있다. 또한, 이 기술을 활용해 특정 조건에서만 모양이 나타나는 필름도 제작 가능해 위조 방지 및 보안 필름으로의 응용 가능성도 주목받고 있다.

10건 이상 특허 출원, 국제 학술지 표지 논문 선정
기계연의 나노광학 센서 기술은 국내 특허 10건과 국제 특허 1건(PCT)을 출원한 상태이며, 미국 특허도 추진 중이다. 또한, 해당 기술은 미국 화학회(ACS) ‘Applied Nano Materials’와 영국 왕립화학회(RSC) ‘Nanoscale Advances’에 표지 논문으로 선정돼 학계의 주목을 받고 있다.

사회 안정성 강화에 기여할 혁신 기술
기계연 윤재성 책임연구원은 “필름 나노광학 센서를 통해 건축물과 시설물의 노후화 진단이 획기적으로 간편해질 것”이라며 “높은 정확도의 모니터링 솔루션을 낮은 비용으로 제공해 사회 안정성에 기여하겠다”고 전했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 STEAM연구사업 중 브릿지융합연구인 ‘나노광학-머신러닝 기반의 건축물 안전 및 재난 관리 스마트 모니터링 기술개발’ 과제의 지원을 받아 진행됐으며, 연구팀은 관련 기업들과 협력해 기술이전을 추진 중이다.