한국과학기술원(KAIST·총장 신성철)은 박인규 기계공학과 교수팀이 탄소 나노튜브 탄성중합체 복합소재를 활용한 광 투과 방식 웨어러블 유연 인장 센서를 개발했다고 2일 밝혔다.

관절 굽힘 동작, 자세, 맥박 및 표정 등 다양한 생체 동작을 측정해 관절부 움직임 자세 교정 과 헬스케어 모니터링 시스템 등에 활용할 수 있다.

최근 유연 소재를 기반으로 다양한 전기저항식, 정전용량식 플랫폼을 이용한 인장 센서가 많이 개발되고 있다. 그러나 기존 전기저항식 센서는 장시간 반복 신호 안정성에 한계를 보이며, 정전용량식 센서의 경우 외부 전기장 영향에 취약하고 센서 민감도가 낮다. 광학식 유연 인장 센서가 개발됐으나 여전히 민감도가 낮다는 한계점이 있다.

<광 투과도 변화를 활용한 탄소나노튜브 기반 유연 인장 센서 구조>

연구팀은 탄성중합체 인장에 따른 광 투과도 변화 현상을 활용해 넓은 범위의 인장률을 안정적으로 측정하는 유연 인장 센서를 개발했다.

외부 인장에 따라 탄성중합체의 탄소 나노튜브 필름에 틈이 형성돼 광 투과도를 크게 변화시키는 원리다. 기존 광학 방식 인장 센서에 비해 10배 이상 높은 감도를 가진다. 또 1만3000회 이상 인장 변형에도 안정적 신호 회복을 보인다. 온도나 습도와 같은 다양한 환경 요인에도 안정적인 감지 성능을 보여 웨어러블 기기로 활용 가능하다.

연구팀은 이런 성능을 바탕으로 손가락 굽힘 동작을 측정해 로봇 조종에 활용했다. 3축 센서로 패키징 해 인체 자세 모니터링에도 활용했다. 경동맥 근처 맥박 모니터링, 발음할 때 입 주변 근육 움직임 등 미세 동작도 관찰하는 데 성공했다.

박인규 교수는 “기존 전기저항식, 정전용량식, 광학 방식 유연 인장률 센서가 갖는 한계점을 극복한 플랫폼을 개발했다”며 “헬스케어, 엔터테인먼트, 로보틱스 등 다양한 분야에 널리 활용할 수 있는 우수한 성능을 실현했다”고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com