광운대 연구진, 고신축·고통기성 '자가발전 웨어러블 센서' 개발

[서울=뉴시스]박시은 인턴 기자 = 광운대학교 전자공학과 박재영 교수 연구팀이 공유결합유기구조체(COF)가 적용된 폴리우레탄 나노섬유를 기반으로 '피부처럼 숨 쉬고 늘어나는' 차세대 웨어러블 센서를 개발했다.

14일 광운대에 따르면 연구진의 성과는 세계 최고 권위 에너지 소재·소자 저널인 와일리(WILEY) 출판의 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)' 표지논문으로 게재됐다. 

최근 마찰전기 나노발전기 기반 웨어러블 센서는 건강관리·스포츠·스마트기기 제어 등 다양한 분야에서 활용 가능성이 높아 주목받는다. 다만 기존 웨어러블 센서는 공기가 잘 통하지 않는 구조로, 오래 착용하면 불편함이나 피부 질환을 유발하는 문제가 있었다.

연구진은 이를 해결하기 위해 머리카락보다 훨씬 가는 나노섬유를 만드는 전기방사 공정을 활용했다. 특히 COF라는 다공성 구조 물질을 폴리우레탄에 결합해 전하 저장 능력과 전기적 특성을 크게 향상했다.

아울러 서로 다른 소재의 장점을 결합하는 방식으로 신축성 문제도 해결했다. 전도성 직물 전극을 적용해, 센서가 최대 60%까지 늘어나도 안정적으로 작동하도록 설계했다.

수증기 투과율 시험 결과, 센서는 일반적인 인체의 땀 배출량을 충분히 처리할 수 있는 수준의 통기성을 나타냈다. 또한 일반적인 인체의 땀 배출량을 충분히 수용할 수 있는 수증기 투과율(WVTR)을 기록했다. 이는 실제 착용 환경에서도 땀이 쉽게 배출돼 쾌적함을 유지할 수 있음을 의미한다.

이번 기술은 기존 웨어러블 센서에서 구현하기 어려웠던 '고성능·신축성·통기성'을 동시에 달성한 것이 핵심이다. 특히 외부 전원 없이 움직임만으로 전기를 생성하는 자가발전 방식이기 때문에, 운동 모니터링이나 수어 인식과 같은 다양한 응용에도 활용될 수 있다.

연구진은 "향후 실시간 건강 모니터링, 인간–기계 인터페이스, 소프트 로보틱스 등 다양한 분야로의 확장이 기대된다"고 밝혔다.


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