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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