이번에 개발한 전자피부는 메르켈 세포에 존재하는 피에조2 단백질과 동일하게 기계적인 자극이 발생했을 때 폴리우레탄 고분자의 변형에 의한 전기적 신호의 변화를 유도하여 외부 압력을 인지하게 된다./사진=미래창조과학부최근 인간 친화형 웨어러블 기기가 주목받고 있다. 하지만 인간의 피부가 수 킬로 파스칼(kPa)에서 메가 파스칼(MPa)의 압력까지 인지하는 것과는 대조적으로, 기존의 전자 피부는 1kPa 미만의 특정 압력 범위에서만 민감하게 반응 하는 한계를 갖고 있다.
국내 연구진이 포유류의 피부를 구성하는 촉각 세포가 외부압력을 감지하는 원리를 이용, 소리에서부터 혈압, 일반 터치, 다양한 물체의 하중까지 정확하게 감별하는 ‘초고감도, 고신축성 전자피부’를 세계 최초로 개발했다.
연구진이 개발한 전자 피부는 2014년도에 규명된 포유류 피부의 대표적인 촉각 수용체 중의 하나인 ‘메르켈 세포’(Merkel Cell)를 구성하고 있는 피에조2(Piezo2) 단백질의 센싱 메커니즘을 직접 모사했다.
이렇게 만든 소자는 휘어지고 늘어나는 피부로서의 특성을 가졌다. 또 하나의 소자가 초저전력(1mV)으로 구동되고, 넓은 압력범위[Pa(기체의 흐름 혹은 소리파동)~MPa(물체의 하중)]의 자극을 정확하게 분별 가능하다. 터치 수준의 제한된 압력범위(kPa~MPa)에서 반응하는 포유류 피부의 촉각 인지능력을 뛰어넘는 인공 피부가 개발된 것이다.
이번 성과는 차세대 플렉서블 디스플레이용 터치스크린 뿐만 아니라 생체진단/치료 및 수술용 소프트 로봇과 같은 헬스 케어 시스템, 재난·구조, 방위산업 등 다양한 산업분야에 적용이 가능할 것으로 기대된다.
숭실대 연구진(김도환 교수)과 카이스트 연구진(정희태 교수)이 주도한 이번 연구는 미래창조과학부 글로벌 프런티어 사업과 기초 연구사업 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 재료과학분야 세계적 국제학술지‘어드밴스드 머터리얼즈’ 표지논문으로 게재(4월 4일)되며, 관련 기술로 1건의 국내특허와 3건의 해외특허를 출원했다.
김도환 숭실대 교수/사진=미래창조과학부
정희태 KAIST교수/시잔=미래창조과학부
