섬유 한 가닥으로 피부 감각 구현…웨어러블 센서 혁신

웨어러블 전자기기의 활용이 증가하면서 신체 데이터를 정밀하게 감지할 수 있는 센서 개발이 요구되고 있다. 그러나 기존 열전 소자는 성능 한계로 인해 실용화에 어려움을 겪고 있었다.

국내 연구진이 신축성이 뛰어난 섬유형 열전 소자를 개발해 웨어러블 전자기기에서 온도, 인장, 압력을 동시에 감지할 수 있는 센서 시스템을 구현했다.

한국연구재단은 연세대학교 이태윤 교수 연구팀이 아이오딘화 구리(CuI) 나노 입자를 활용한 고성능 섬유형 열전 소자를 개발했다고 5일 밝혔다. 피부 감각을 모사하는 웨어러블 센서 시스템 구현과 함께, 개인 맞춤형 건강 모니터링 기술 발전 가능성을 제시했다.

연구팀이 개발한 섬유형 열전 소자는 유연한 폴리우레탄 섬유 내부에 열전 성능이 우수한 아이오딘화 구리 나노 입자를 균일하게 분포시켜 제작됐다. 이를 통해 신축성과 열전 성능을 동시에 높이는 데 성공했다.

해당 소자는 최대 835%까지 늘어날 수 있으며, 203.6µV/K의 높은 제벡 계수를 기록했다. 기존 유기 소재 기반 소자의 신축성이 350%, 제벡 계수가 58µV/K에 그쳤던 것과 비교하면 성능이 크게 향상된 것이다.

연구팀은 섬유형 열전 소자를 웨어러블 스마트 장갑에 적용해 온도, 인장, 압력을 동시에 감지할 수 있도록 했다.

센서는 출력 전압, 전기 저항, 정전 용량의 변화를 분석해 다양한 물리적 자극을 정밀하게 측정할 수 있다. 이를 통해 웨어러블 전자기기를 활용한 개인 맞춤형 건강 모니터링 시스템의 적용 가능성을 확인했다.

이태윤 교수는 “섬유 한 가닥으로 인간의 다양한 피부 감각을 재현하는 기술을 개발했다”며 “웨어러블 기기를 활용한 건강 모니터링과 비대면 스마트 의료기기로의 확장 가능성이 기대된다”고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 성과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼스(Advanced Functional Materials)’ 1월 2일자에 전면 표지 논문으로 게재됐다.