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ETRI Webzine

VOL.158 August 2020   

Focus On ICT

피부에 바로 붙이는 센서

생활 속 ICT 이야기

  • 유연하면서도 자연스러운
    센서를 개발하다!

  • 의수(義手)나 의족(義足), 로봇의 팔에 바로 붙이는 센서 연구가 활발하다. 기존 의수나 의족은 주로 장애 부분을 가리는 역할만을 수행했다. 하지만 최근에 개발된 고무형 압력센서 착용자들은 실제 피부처럼 감각을 느낄 수 있게 될 전망이다. 4,000번을 구부려도 멀쩡하다. 피부에 바로 부착이 가능하다는 특징 때문에 향후 팔이나 손이 없는 사람의 인공물질에 부착돼 재활치료를 지원할 전망이다.

    ETRI가 처음으로 그래핀 탄소나노튜브를 결합하여 면섬유에 코팅해 여러 번 구부리거나 누를 수 있고 전도성을 갖는 직물형 센서를 개발했다. 연구진은 제작한 센서를 면장갑에 접목해 움직임을 감지하는 모션 센서 제작에도 성공했다고 밝혔다.

    그동안 센서에는 전기가 잘 통하는 전도성 계열 금속이 주로 활용되었다. 하지만, 금속은 구부리기가 힘들고 반복하면 쉽게 끊어지는 등 유연성과 내구성이 약해 상용화가 힘들었다.

    이에 연구진은 얇으면서도 단단하고 땀이나 약품 등 화학적으로도 안전성이 뛰어난 센서를 개발했다. 센서의 크기는 1 x 3cm 정도다. 수십cm까지 대면적으로도 제작할 수 있으며, 디자인이나 크기에 제한이 없어 천에 바로 적용해도 문제없음을 확인했다. 특히 세탁을 해도 문제가 없는 방수 특성이 있으며, 별도의 기능보완을 하지 않아도 된다.

  • 탄소나노튜브(CNT)

    탄소 6개로 이루어진 육각형들이 서로 연결되어
    관 모양을 이루는 원통(튜브) 형태의 신소재

    그래핀(Graphene)

    탄소원자로 이루어진 얇은 막

  • 01

    ETRI 연구진이 개발한 그래핀기반 직물형 센서

    02

    그래핀기반 직물형 센서의 성능을 테스트 중인 모습

  • 사람의 피부를
    구현하는
    그래핀 소재

  • 본 기술개발로 감각을 느끼지 못해 불편함이 많았던 환자나 장애인에게 큰 도움이 될 것으로 기대된다. 재료도 고무 소재로 인체에 무해하다. 사람 피부에 적용키 위해 피부와 이질감 없고 부드러운 소재를 찾았다.

    보통 그래핀은 탄소원자로만 이뤄진 탄소 동소체로 연필심의 재료인 흑연 한 개 층을 말한다. 반면 이번에 사용한 그래핀은 3차원으로 마치 스펀지처럼 생겼다. 따라서 손으로 눌렀다 떼면 길이나 면적 변화 시 저항도에 따라 변하는 것을 볼 수 있다. 움직임에 따른 압력 변화를 정확히 측정할 수 있게 된 셈이다.

    그래핀으로 코팅된 스펀지 표면은 전기가 통하는 성질을 지니기 때문에 수직으로 압력을 가할 때 표면적 변화에 따른 저항 변화를 알 수 있다. 내가 어느 정도 세기로 사물을 잡고 있는지 파악할 수 있어, 보다 자연스러운 신체활동이 가능할 전망이다.

  • 유연한 생체환경을
    제공하는

    센서가 온다!

  • 연구진이 개발한 센서는 에코플렉스(Ecoflex)라는 고무 재질을 사용했다는 점도 중요한 특징이다. 이 소재는 탄성이 좋다. 민감도가 무려 기존 센서 대비 10배 이상 높다. 덕분에 센서는 구부리거나 늘려도 문제없는, 높은 재현성을 가지고 있다.

    연구진은 본 센서의 활용 폭을 넓히고자 손가락, 관자놀이, 목 뒷부분에 붙여 손가락 굽힘·눈 깜박임·목 구부림에 따른 신체 움직임을 감지하는 모션 센서까지 제작했다. 또한, 피부에 부착하면 신체 움직임이나 자세, 혈압, 심장 박동수 등을 실시간으로 감지할 수 있기 때문이다. 가까운 미래에는 상용화를 통해 기계로 된 딱딱한 팔다리 대신 인간 피부 같은 유연한 생체환경을 제공할 수 있을 것이다.

  • 에코플렉스(Ecoflex)

    탄성이 좋고 인체에 무해한 고무형 재질의
    유연 고분자 물질

  • ETRI 연구진이 개발한 직물형 압력 센서의 주먹을 쥐었을 때 저항변화 측정

  • 글 · ETRI 홍보실장 정길호