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웨어러블 의료기 적용…'직물형 복합 센서' 개발
ETRI, "내구성·전도성 우수…장애인 의수 등 사용 가능"
[기사입력 2018-02-26 10:03]

국내 연구진이 최근 우수한 내구성과 전도성 등을 갖춘 그래핀 기반의 직물형 센서를 개발, 웨어러블 의료기기 등에 적용 가능할 것으로 보인다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 최근 최춘기 박사팀이 한국화학연구원 안기석 박사팀과 함께 탄소나노튜브를 결합한 후 면섬유에 코팅해 여러 번 구부리거나 눌러도 방수되고 높은 전도성을 갖는 직물형 복합 센서의 개발에 성공했다고 26일 밝혔다.

이 센서는 직물(천)에 염료를 코팅하듯 전도성 그래핀을 입힌 것으로 원하는 만큼 잘라서 센서로 활용이 가능하다.

센서 크기는 1×3㎝ 정도이며 수십 ㎝까지 대면적으로도 제작 가능한 데다 디자인이나 크기에 제한이 없다.

특히 재료 자체가 센서다 보니 마치 천에 코팅하는 것과 같다고 연구진은 설명했다.

움직임을 감지하는 센서의 경우 전기가 잘 통하는 전도성 계열 금속이 주로 활용됐지만 금속은 구부리기가 힘들고 반복하면 쉽게 끊어지는 등 유연성과 내구성이 약해 상용화가 힘들었다.

이에 연구진은 얇으면서도 단단하고 땀이나 약품 등 화학적으로도 안정성이 뛰어난 센서를 개발, 세탁을 해도 문제가 없는 방수특성이 있고 별도의 기능보완을 하지 않아도 된다.

연구진은 탄소나노튜브를 그래핀 이 두 가지 소재의 장점을 활용해 탄소나노튜브를 그래핀이 코팅된 직물과 접목, 전기전도도를 증가시켰고 탄소나노튜브의 복잡한 네트워크 구조로 10만 번 이상을 구부리거나 압력을 진행해도 내구성에 문제가 없었다고 설명했다.

특히 꿈의 신소재라 불리는 그래핀은 강철보다 200배 강한 강도를 갖고 있으면서도 두께는 0.3 nm(1nm=10억분의 1m)로 아주 얇다. 또 늘리거나 구부려도 특성을 그대로 유지한다.

탄소나노튜브는 열전도율 및 기계적, 전기적 특성이 우수해 다양한 구조 물질의 첨가제로 활용된다.

연구진은 개발한 센서를 웨어러블 소재인 장갑에 적용해 보고 앞으로 로봇의 손, 또는 손발이 불편해 의수, 의족을 착용하는 환자들에게 보급할 계획이다.

또 침대, 차량좌석 등에는 어레이 형태로 제작, 위치에 따라 압력 강도측정이 가능하게 만들어 수면시간 동안 생체신호를 읽어 숙면 정도를 신호로 읽거나 졸음 시 알람을 줄 수 있다.

연구진은 제작한 센서를 면장갑에 접목, 손가락 동작에 따른 움직임을 감지하는 모션센서 제작에도 성공했다.

침대나 차량 좌석 등에 장착해 생체신호를 읽으면 숙면 정도를 신호로 파악하거나 졸음 시 알람을 줄 수도 있을 것으로 연구진은 보고 있다.

ETRI는 향후 스트레인-압력 복합센서를 응용해 웨어러블 센서 관련업체나 장애인을 위한 의수-의족 관련업체, 침대업체, 자동차 관련 부품업체 등에 기술이전 등을 통해 기술 상용화에 노력한다는 방침이다.

최춘기 박사는 "복합센서가 측정 범위의 변화에 따라 선형성을 유지하면서 측정 과정이 수초 내에 이뤄지는 등 감지성능의 우수성을 확인했다"며 "이를 통해 자세가 중요한 육상 운동선수의 경우 유니폼, 장갑, 양말 등 스포츠 의류 등에 센서를 장착, 스타트 모션 동작을 신호로 읽어 최적의 자세를 찾을 수 있을 것"이라고 말했다.

한편 이 연구 성과는 최근 미국화학회 나노분야 국제학술지인 '응용재료 인터페이스(AMI)' 온라인판에 게재됐다.


강찬우 기자  ehealth@e-healthnews.com
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