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OVERVIEW

  • Our vision revolves around several platforms for super-intelligent polymer 3D-architectures with a nature/bio-inspired approach by combining with multi-functional materials and large-area processing. 

 

  • Super-intelligent polymer 3D-architectures include  hierarchical nano/micro patterning via unconventonal lithography, 2/3/4D-printing, nanostructural assembly, and molecular level chemical treatments.   

  • Diverse super-intelligent programmable polymer 3D-architectures are investigated through understanding detailed physical and chemical phenomena and finite element analysis simulations.

  • By tailoring ultra-intelligent polymer 3D architectures, we are focusing on developing highly efficient deformable electronics, physical/chemical sensors, and soft robots/actuators, metaverse haptic device interfaces, energy harvesting devices, and biomedical drug delivery devices.

이미지 제공: Sue Thomas
이미지 제공: USGS
이미지 제공: Serena Repice Lentini
이미지 제공: Zdeněk Macháček
이론 및 시뮬레이션_.tif

Super-intelligent polymer 3D-architectures for Bioinspired Soft Electronics and Bioelectronics

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Soft Poymer Robots, E-skin, & Metaverse Haptic Devices 

Biomedical Drug Delivery Devices & Energy Harvesting Devices

소프트 로봇 및 메타버스 디바이스.tif
바이오 소자 및 에너지 소자.tif
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NOTICE

[포스닥 & 대학원생 모집]

지능형 소재 및 인터페이스 연구실에서는 세계적인 연구를 함께 주도할   

박사후 연구원 및 대학원생(등록금 전액, 생활비 지원, 해외학회 및 연수 지원)을 모집합니다.

연구분야: 지능형  반도체 전자 소재, 바이오 소재 및 소자, 메타버스 센서 및 부착 소재, 소프트 로봇 소재

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LATEST NEWS

(좌측부터) 성균관대 방창현 교수(교신저자), 한국표준과학연구원 김민석 박사(교신저자), 성균관대 전승환, 민형호 박사
(좌측부터) 성균관대 방창현 교수(교신저자), 한국표준과학연구원 김민석 박사(교신저자), 성균관대 전승환, 민형호 박사

성균관대학교(총장 유지범) 화학공학부 방창현 교수 연구팀이 한국표준과학연구원 김민석 박사 연구팀과 공동으로 인쇄공정 중 손쉬운 물방울 형태 변형 기술을 개발해, 고성능의 압력과 온도를 동시에 감지할 수 있는 저가형 부드러운 인공 손가락을 개발했다.


연속 인쇄 기술은 다양한 전자소자 제조에 있어 경제성이 높아 최근 주목받고 있다. 기존의 고성능 촉각 센서는 복잡한 적층 기술이 필요해 고가의 장비와 많은 시간이 소모되는 단점이 있었다. 따라서 단일 인쇄공정으로 다양한 3차원 계층형 미세구조의 전도성 나노복합체를 제조하는 기술 개발이 어려웠다. 또한 기존 인공 촉감 소자는 높은 감도와 선형성을 동시에 갖추는 데 한계가 있어, 정교한 조작에 제한이 있었다.


연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 인쇄공정에서 잉크의 물방울 형태의 마랑고니 흐름 제어 원리를 밝혀내고, 다양한 3차원 전도성 계층형 미세구조를 최초로 제조할 수 있는 기술을 개발했다. 연구팀은 인쇄공정 중 잉크의 점도, 표면 에너지, 온도를 조절해 한 번의 인쇄로 3차원 계층형 전도성 구조의 변형을 가능하게 했다.


이 기술을 활용해 연구팀은 전도성 계층형 미세 돔구조를 고밀도의 압력 센서층에 적용했다. 이 돔구조는 압력 변화에 따라 전기적 접촉 면적이 민감하고 선형적으로 증가하도록 설계됐으며, 온도를 정확하게 감지할 수 있는 방패처럼 생긴 미세한 돔 구조를 고밀도 온도 센서층에 적용했다. 이 모든 과정은 간단한 연속 인쇄 공정으로 이뤄졌으며, 손가락과 같은 곡면을 가진 탄성 소재 위에 쉽게 제작할 수 있다.


연구팀은 인쇄 가능한 압력과 온도를 동시에 감지할 수 있는 고밀도 고성능 인공 손가락 표피 센서를 촉각 피드백 기술과 접목했다. 저가형 고성능 부드러운 인공 손가락은 높은 감도와 선형성을 동시에 가져, 부서지기 쉬운 비스킷을 잡거나 부드러운 과일을 수확하는 등의 정교한 조작이 가능함을 확인했다.


방창현 교수는 “간단한 연속 인쇄공정을 이용한 고성능 촉감 센서는 사람 손가락처럼 섬세하고 정교한 조작이 가능한 저가형 인공 손가락으로 적용될 수 있다”며, “AI 기술과 접목한 차세대 로봇 기술, 의료 및 스마트 팜 산업 등으로 확장 가능할 것으로 기대한다”고 밝혔다.


이 연구는 현재 공동 연구기관인 ㈜피지오닉스와 협력해 상용화를 추진 중이다.


본 연구는 국가과학기술연구회, 산업통상자원부, 과학기술정보통신부의 지원을 통해 수행됐으며, 연구 성과는 국제학술지 InfoMat에 3월 6일 온라인 게재됐다. 


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성균관대 화학공학부 방창현·조수연 교수 연구진은 개구리의 발바닥을 본뜬 부드럽고 가벼운 광학 점착 바이오센서 패치를 개발했다고 8일 밝혔다.


생체 부착 센서는 다양한 질환의 실시간 조기 진단을 위한 기술로 주목 받고 있다. 다만 생체 표면에서 유체를 빠르게 모으고 분석하는 데 어려움을 겪고 있다. 기존 센서 시스템은 예측 불가능한 간격으로 분비되는 극미량 유체를 수집해서 실시간으로 분석하지 못한다. 강제로 체액을 추출해 분석하는 장비만 있을 뿐이다.


연구진은 개구리 같은 양서류의 발바닥에 주목했다. 개구리 발바닥에는 육각형 점착 부분과 미세 배수 구조가 있다. 연구진은 개구리 발바닥의 이런 구조를 패치에 적용해 체액을 신속히 배출하고, 굴곡진 생체 표면에 긴밀하게 접착할 수 있도록 했다.


센서 내부에는 수분 흡수가 뛰어난 하이드로젤과 생체 투과성이 있는 근적외선 대역의 발광 단일벽 탄소나노튜브 센서를 결합했다. 적은 량의 땀이나 호르몬 같은 유체도 효과적으로 흡수할 수 있는 구조다.


연구진이 개발한 패치는 운동이나 외부 자극 없이도 75나노리터(10억분의 1L) 수준의 극미량 땀을 45초 내에 빠르게 실시간으로 감지할 수 있었다. 이를 통해 체액에서 비타민 성분이나 스트레스 수준을 알려주는 다양한 분자를 동시에 분석할 수도 있었다.


연구진은 “이번에 개발한 바이오센서 기술은 다양한 광학 센서와 결합해 초소형 정밀 생체 신호 모니터링 기술로 발전할 수 있다”며 “웨어러블(wearable·착용형) 헬스케어, 미시 생명현상 분석, 정밀 의료 분야까지 확장 가능할 것으로 기대한다”고 말했다.


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(좌측부터) 전북대 정창규 교수(교신저자), 성균관대 방창현 교수(교신저자)
(좌측부터) 전북대 정창규 교수(교신저자), 성균관대 방창현 교수(교신저자)

자연계에는 매우 다양한 미세 구조를 가지고 있는 생명체들이 많다. 예를 들어 게코 도마뱀은 발바닥 표면에 미세한 섬모 구조 피부를 가지고 있는데, 이들의 독특한 상호작용으로 별도의 접착제가 없음에도 높은 접착력을 가지고 천장을 기어다닐 수 있다. 문어 빨판의 경우에는 미세하게 존재하는 진공 구조 덕분에 물속에서는 물론, 기름이 존재하는 표면에서조차도 매우 높은 접착 특성을 보인다.


전북대학교는 정창규 신소재공학부 교수팀과 방창현 성균관대학교 화학고분자공학부 교수 공동연구팀이 이러한 자연에서 얻은 아이디어로 물속에서도 강력한 정전기를 유지할 수 있는 신소재를 개발했다고 3일 밝혔다.


이 소재는 최근 많은 주목을 받고 있는 마찰전기 기반 원격센서 개발에 큰 도움이 될 것으로 기대하고 있다.


이번 연구는 에너지 소재 분야 상위 저널인 '나노 에너지'(Impact Factor 16.8)의 11월 온라인 최신판에 게재됐다. 주요 연구팀인 정창규 교수, 방창현 공동연구팀 외에도 다양한 응용 연구를 위해 성균관대 조수연 교수, 건국대 양태헌 교수 등이 공동연구자로 참여했다.


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