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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
로봇손가락.tif

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

홈페이지 공고용.tif

LATEST NEWS

(왼쪽 위부터 시계방항으로) 성균관대 방창현 교수 (교신저자), 건국대 양태헌 교수 (교신저자), 한양대에리카 조광현 교수 (교신저자), 황귀원, 손지훈 석박통합과정생.
(왼쪽 위부터 시계방항으로) 성균관대 방창현 교수 (교신저자), 건국대 양태헌 교수 (교신저자), 한양대에리카 조광현 교수 (교신저자), 황귀원, 손지훈 석박통합과정생.

성균관대 화학공학과 방창현 교수 연구팀은 메타버스 환경에서 섬세한 촉각을 전달할 수 있는 고성능 피부부착형 진동 햅틱 패치 소자를 개발했다고 8일 밝혔다.


이 소자는 부드러운 촉감과 뛰어난 신축성을 갖추면서도 땀과 열 배출이 가능해, 장시간 사용 시에도 안정적인 착용과 진동 전달이 가능하다.


기존 웨어러블 햅틱 장치는 딱딱하거나 유연성이 떨어지는 소재로 인해 피부 밀착과 정밀한 촉감 전달에 한계가 있었다. 특히 신체의 다양한 움직임에 따른 굴곡이나 신축성에 적응하지 못하거나, 장시간 착용 시 발생하는 땀과 열로 인해 사용성에 제약이 있었다.


이에 연구팀은 스펀지처럼 미세스프링 구조에 완충젤을 채운 전기활성층(전기를 가했을 때 형태나 물리적 성질이 변하는 물질로 구성된 층)을 설계하고 방향성 있는 탄성복원력을 회복했다. 이어 신축성 전극을 견고하게 결합해 높은 신축성을 갖는 진동 소자를 개발했다.


개발된 소자는 최대 500%까지 신축할 수 있으며 스마트폰 수준(약 2g)의 진동을 출력하면서도 손바닥이나 손가락처럼 움직임이 많고 복잡한 부위에 안정적으로 부착된다.


또한 개구리 발바닥에서 착안한 구조를 통해 땀과 체열을 자연스럽게 배출하고 고온다습한 환경에서도 우수한 성능을 유지한다.


연구 결과는 머신러닝 기반의 정량적 분석을 통해 실제 피부에서 고정밀 진동 전달 효과가 입증됐다.


방 교수는 "이번 연구는 기존 웨어러블 햅틱 기술의 구조적·기능적 한계를 극복한 혁신 사례로 향후 다양한 산업 및 의료 영역에서 실용적으로 활용될 수 있을 것"이라고 설명했다.


한편 이번 연구는 성균관대 화학공학과 손지훈, 황귀원 연구원이 주저자로 참여했다. 또한 건국대 기계공학과 양태헌 교수, 한양대 에리카 수리데이터사이언스학과 조광현 교수 연구팀과의 공동연구로 수행됐다.


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(좌측부터) 미메틱스 박형기 대표, 성균관대 방창현 교수 (교신저자), 송민우 박사과정, 이지현 박사 (교신저자)
(좌측부터) 미메틱스 박형기 대표, 성균관대 방창현 교수 (교신저자), 송민우 박사과정, 이지현 박사 (교신저자)

문어 빨판 기술을 적용한 약물전달 기술을 국내 연구진이 개발했다. 피부질환 치료 분야뿐 아니라 화장품 분야에서도 폭넓게 활용할 수 있을 것으로 기대된다.


방창현 성균관대 화학공학과 교수 연구진은 국내 스타트업 미메틱스와 함께 문어의 흡반 구조를 모방한 혁신적인 나노섬유 기반 접착 전자소자를 개발했다고 16일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 파트너 저널 유연 전자공학(npj Flexible Electronics)’에 지난 7일 게재됐다.


연구팀은 기존 경피약물전달 시스템의 한계를 극복하는 기술을 선보였다. 경피약물전달 시스템은 피부에 붙이는 패치 형태로 신체에 약물을 전달하는 방식이다. 간편하지만, 접착력과 약물 전달 효율이 주사를 이용하는 방식보다 떨어진다는 단점이 있었다.


연구팀은 문어 빨반의 독특한 돌기 구조를 모방해 피부에 강력하게 부착되면서도 고점도 용액을 흡수한 후에도 구조적 안정성을 유지하는 기술을 개발했다. 특히 탄소나노튜브로 약물의 경피 침투력을 높였다.


탄소나노튜브는 탄소 원자이 벌집처럼 육각형으로 연결된 미세 다발로, 전기가 잘 통하는 특성이 있다. 탄소나노튜브 전도층은 미세한 전류를 만들어 피부 각질층의 전기저항을 일시적으로 감소시켜 약물 흡수를 돕는다고 연구팀은 설명했다.


실제로 임상시험에서 인체에 7일간 매일 20분씩 적용한 결과, 피부 거칠기, 잔주름, 모공 수가 개선되는 효과를 보였다고 연구팀은 밝혔다. 전도층 없이 단순히 피부에 붙이기만 하는 방식보다 월등히 뛰어난 수준이라고 연구팀은 설명했다.


방창현 교수는 “이번 연구는 비침습적 방식으로 경피약물전달 효율을 극대화한 혁신적 기술”이라며 “향후 개인 맞춤형 스킨케어 솔루션과 첨단 경피약물전달 시스템 개발에 광범위하게 활용될 것”이라고 밝혔다.


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(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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