차세대 웨어러블 디스플레이 및 로봇 피부로의 응용 기대

 

한양대 화학공학과 김도환 교수, 충남대 이경진 교수, 중국과학원 영우빈 교수 공동 연구팀이 사람 피부처럼 늘어나고 자율적으로 상처를 치유하며 미세한 촉각 기능도 복원시킬 수 있는 고신축, 초감도 이온트로닉 전자피부를 개발했다고, 한양대가 21일 밝혔다. 

 

로봇 피부 및 웨어러블 헬스케어 분야에 활용 가능한 전자피부 개발을 위해서는 사람 피부와 같이 강한 외부 충격에도 스스로 복원되며 사용자 주변 환경을 실시간으로 감지할 수 있는 전지피부 소재 기술개발이 필수적이다. 하지만 그 동안 상온에서 상처가 자율적으로 빠르게 치유되며 동시에 고감도 촉감인지가 자가 복원되는 소재를 구현하는데 어려움이 있었다.

 

이에 연구팀은 실제 사람 피부의 자가치유 기능과 촉각세포의 기계적 자극에 따른 생체이온 신호전달 메커니즘에서 아이디어를 얻었다. 연구진은 동적 이황화 결합 기능단 및 염소 치환기가 도입된 새로운 열가소성 폴리우레탄 소재를 합성하고, 이를 인공 이온과 결합해 자율적인 상처 치유가 가능하고 초감도 촉각 인지 및 복원이 가능한 이온트로닉(Iontronic) 전자피부를 개발했다. 

 

김 교수는 “이번 연구는 생체 촉각세포의 이온기반 신호전달체계를 유사하게 모사해 힘의 변화에 따른 이온전도체 내 이온분포를 제어하고 촉감 인지를 극대화하는 동시에 상온에서 스스로 상처 구조와 촉각 기능이 동시에 복원되는 신개념 전자피부 기술을 제시한 점에서 의미가 매우 크다”며 “이번 성과는 로봇 피부 기술, 웨어러블 기기용 실감형 터치스크린 및 피부부착형 건강 진단 패치 등 IoT 시대 사용자와 사물 간 소프트 촉각인터페이스 분야로의 활용이 기대된다”고 말했다. 

 

이번 연구는 과학기술정보통신부, 한국연구재단이 추진하는 개인연구지원사업(중견연구), 나노 및 소재 기술개발사업, 첨단융합기술개발사업, 선도연구센터사업, 그리고 산업기술평가관리원이 추진하는 소재부품기술개발사업의 지원으로 수행됐다.

연구결과 (논문명 : Ultrafast, autonomous self-healable iontronic skin exhibiting piezo-ionic dynamics)는 저명한 국제학술지 「Nature Communications」에 13일 온라인 게재됐으며, 관련 기술로 1건의 국내 특허를 출원한 상태다. 

 

김도환 교수

 

[그림1. 사람 피부의 자가 치유되는 기능과 촉각세포의 기계적 자극에 따른 생체이온 신호전달 메커니즘 모식도 및 이를 모사한 전자비푸의 모식도] (a) 사람피부의 자가치유 및 촉각 인지 메커니즘. (b) 초고감도 자가 치유형 이온트로닉 전자피부 소재 (CLiPS)의 자율적 자가치유 및 촉각 기반 압이온 동역학 메커니즘 개념도.

 

[그림2. 공동연구팀이 개발한 이온트로닉(Iontronic) 전자피부의 모식도] (a) 초고감도 자가치유형 이온트로닉 전자피부 소재(CLiPS)의 시간에 따른 자가치유 과정. (b) 기존 이온성 소재(CLPU@E0-IL)와 CLiPS의 압력에 따른 응답성 비교. (c) CLiPS의 외부 자극 감지 원리 모식도. (d) CLiPS를 LED 회로와 결합하여 시각적으로 구현된 전자피부로의 활용.