[데일리비즈온 김소윤 기자] 한국과학기술원(KAIST) 기계공학과 박인규 교수 연구팀이 웨어러블 유연 인장 센서를 개발했다. 신체 동작과 자세 모니터링에 활용할 수 있는 탄소 나노튜브-탄성 중합체 복합소재 광 투과 방식이다.

최근 카이스트에 따르면 이 기술은 인체의 다양한 생체 동작을 연속적으로 측정해 운동 자세 교정과 맥박 측정을 할 수 있다. 앞으로 헬스케어 모니터링 시스템 등에 활용될 것으로 보인다. 

최근 헬스케어의 인기가 높아졌다. 과학계에서도 웨어러블 유연 센서 개발이 활발히 이뤄지고 있다. 이 일환으로 인체에 적용하는 센서로서의 유연 소재를 기반으로 다양한 전기저항식, 정전용량 방식의 플랫폼을 이용한 인장 센서가 많이 개발되고 있다.

하지만 기존의 전기저항식 센서는 장시간 반복 신호 안정성, 선형성에 한계를 보인다는 것이 연구팀의 설명이다. 정전용량식 센서의 경우 외부 전기장의 영향에 취약하고 센서 민감도가 낮다.

이러한 점을 보완하기 위해 광학 방식의 유연 인장 센서가 개발됐으나 여전히 민감도가 낮다는 한계점이 있다. 문제 해결을 위해 연구팀은 탄소 나노튜브가 함침된 탄성중합체의 인장에 따른 광 투과도 변화 현상을 활용해 400%에 달하는 넓은 범위의 인장률을 안정적으로 측정할 수 있는 유연 인장 센서를 개발했다.

연구팀이 개발한 센서는 외부 인장에 따라 탄성중합체에 함침된 탄소 나노튜브 필름에 틈이 형성돼 광 투과도를 크게 변화시켜 기존의 광학 방식 인장 센서에 비해 10배 이상의 높은 감도를 가진다. 또 1만3000회 이상의 인장 변형에도 안정적인 신호 회복을 보이고, 다양한 환경 요인(온도·습도)에도 안정적인 감지 성능을 보여 웨어러블 기기로 활용할 수 있는 큰 가능성을 보였다.

연구팀은 이러한 성능을 바탕으로 손가락 굽힘 동작을 측정해 이를 로봇 조종에 활용했다. 경동맥 근처의 맥박 모니터링과 발음할 때의 입 주변 근육 움직임 등 미세한 동작 관찰도 성공했다고 밝혔다.

박인규 교수는 “이번 연구에서는 기존의 전기저항식, 정전용량식 및 광학 방식의 유연 인장률 센서가 갖는 한계점을 극복할 수 있는 새로운 플랫폼을 개발했다”라며 “헬스케어, 엔터테인먼트, 로보틱스(착용형 로봇공학) 등 다양한 분야에 널리 활용할 수 있는 우수한 성능의 웨어러블 센서를 실현했다”라고 말했다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단의 중견 연구 과제(올인원 스마트 스킨을 위한 웨어러블 멀티센서 시스템 핵심기술 연구)와 선도연구센터지원 사업(초정밀 광 기계기술 연구센터)의 지원을 통해 수행됐다. 또 나노기술 분야 국제 학술지 ‘ACS Applied Materials & Interfaces’ 3월 4일 자 표지 논문에 게재됐다.