[2022, Best Poster Award: The 2nd International Conference on Nature Inspired Surface Engineering]

연구명: "A Subaquatic Octopus Sucker with Electronically Perceptive Sensory"

우리 연구실 소속 황귀원 학생(석박통합과정, 5기)이 2022 The 2nd International Conference on Nature Inspired Surface Engineering (NISE 2022) 에서 Best Poster Award을 수상하였다. 황귀원 학생은 문어 빨판의 흡착 및 신경시스템을 본떠 다양한 형태를 가지는 물건의 촉감정보를 감지하고 물 속과 물 밖에서 안정적으로 잡고 놓을 수 있는 고분자 전자 그리퍼를 개발하였고, 해당 주제를 바탕으로 지난 8월 개최된 NISE 2022 국제학회의 Poster Session에 참여하여 이와 같이 수상하였다.

[2022, Press released - Development of self-generation patch that mimics octopus suckers]

전북대학교는 정창규 교수팀(공대 신소재공학부)이 압전 복합소재를 문어 빨판 구조에 접목, 접착력이 매우 높은 자가발전 패치를 개발했다고 17일 밝혔다.

성균관대 화학공학부 방창현 교수팀과 공동연구로 이뤄진 이번 연구는 에너지 및 화학 분야 세계적 저널인 'ACS 에너지 레터스(ACS Energy Letters)'의 5월호 단행본으로 출판됐으며, 표지 논문으로 선정됐다.

해당 연구 논문은 전북대 김현승 박사과정 학생과 성균관대 김다완 박사가 공동 1저자로 참여했다.

압전 소재는 외부의 기계적인 힘을 전압으로 바꾸거나 그 반대로도 바꿀 수 있는 물질로써 센서, 트랜스듀서 등 많은 곳에서 사용되고 있으나 단단한 세라믹스 소재로 돼 있다.

압전 복합소재는 압전 세라믹 입자와 부드러운 고분자를 섞어서 만드는 물질로, 웨어러블 형태나 헬스케어 전자소자에 적용하기 위해 개발됐다. 최근 센서나 에너지 하베스팅 분야에서 많이 연구되고 있다.

그런데도 압전 복합소재 필름을 몸에 붙였을 때 쉽게 떨어지고, 수분에 젖을 경우 붙지 않는 한계가 있었다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 문어 빨판 구조를 접목하는 방법을 개발했다. 문어 빨판이 외부의 힘으로 젖은 표면에서 붙으면서 표면의 수분을 밀어내고, 남은 수분은 구형 돌기 및 돌기 주변에 모세관 현상에 의해 모이게 된다.

이때 문어 빨판 내부는 진공상태로 변하고 높은 부압이 형성돼 표면에 강하게 부착된다. 앞서 이 연구는 방창현 교수팀에 의해 네이처 지에 2017년에 처음으로 보고된 바 있다.

문어 빨판 구조 모사 기술 역시 부드러운 고분자를 이용해 제작하기 때문에 압전 복합소재의 부드러운 고분자 매트릭스와 같이 한꺼번에 제작해 문어 빨판 구조가 접목된 압전 에너지 복합소자를 개발할 수 있었다.

이번에 제작한 생체모방 압전 복합소자는 기존 압전 복합소재 에너지 발전소자만큼의 출력을 내는 것은 물론 관절에 붙여서 자유롭게 움직이거나 물속에서 붙였을 때도 떨어지지 않고 에너지 패치로서 작동하는 것으로 확인됐다.

정창규 교수는 "유연한 압전 복합소재 에너지 하베스팅 연구는 많이 있지만, 신체에 효율적으로 붙이는 연구는 항상 한계가 있었는데 이번 연구를 통해 효율적인 압전 헬스케어 센서를 만드는 것이 가능해졌다"고 말했다.

성균관대 방창현 교수는 "문어 빨판 구조를 모사해 지난 네이처 논문에 발표한 이후 피부 부착 헬스케어 모니터링 소자 개발에 많은 관심을 쏟았는데, 이번 연구는 압전소자 분야와 본격적으로 융합연구를 시작하는 신호탄"이라고 설명했다.

이번 연구는 전북대와 성균관대, 고려대 세종캠퍼스 전자및정보공학과의 천성우 교수 등 수도권과 지방 간의 긴밀한 협업으로 이뤄졌으며 과학기술정보통신부 지원으로 한국연구재단 중견연구자사업, 신진연구자사업 및 기본연구사업으로 수행됐다.

https://newsis.com/view/?id=NISX20220516_0001872790&cID=10808&pID=10800

[2022, Press released - Development of skin-attached biosignal real-time measurement electronic pat]

한국표준과학연구원(KRISS)과 성균관대학교가 피부에 부착해 생체신호를 측정할 수 있는 의료용 실리콘 전자패치 기술을 개발했다고 18일 밝혔다.

이번 기술의 핵심성과는 화학 접착제 없이도 피부 접착력이 우수한 실리콘 전자패치와 탄소나노섬유 기반의 신축성 전극이다. 심전도, 체온 등 생체신호를 24시간 상시 모니터링할 수 있어 의료용 웨어러블 기기 등에 활용할 수 있다. 의료용 웨어러블 기기는 인구 고령화와 심혈관질환의 증가, 비대면 원격의료 확대로 수요가 증가하는 추세다. 특히 심근경색, 협

심증, 부정맥 등의 심혈관질환은 전조증상을 환자가 인지하지 못해 치료의 골든타임을 놓치는 경우가 많아, 웨어러블 기기 등을 이용해 생체신호를 상시 모니터링하는 것이 중요하다. 기존의 전자패치는 신체를 움직이거나 피부에 땀과 유분이 발생하면 접착력이 급격히 떨어져 상시 착용이 어렵다. 이를 보완하기 위해 화학접착제를 사용하는 경우 피부 가려움증, 알러지 등의 부작용이 발생할 수 있다. 생체 전기신호를 전달하기 위해 전도성 소재를 사용하나, 화학적‧열적 내구성이 약해 전기적 성능이 쉽게 저하된다. 공동연구팀은 기존 제품의 문제점을 개선하기 위해 물 속에서도 미끄러지지 않는 물방개 앞발의 미세구조를 모방해 운동이나 샤워 중에도 떨어지지 않을 만큼 피부 접착력이 뛰어난 전자패치 소재를 개발했다. 인체에 무해한 의료용 실리콘으로 제작됐으며 통기성과 배수성이 우수해 장시간 안정적으로 착용할 수 있다.

탄소나노섬유 소재의 신축성 전극은 피부가 접히거나 늘어나도 전기전도성을 잘 유지한다. 기존 전자패치 전극의 약한 내구성을 보완하기 위해, 전도성 소재인 탄소나노섬유를 실리콘 표면에 뿌리박는 새로운 구조를 고안했다. 신체 움직임에 따라 늘어나면서도 패치와 전극이 쉽게 분리되지 않아 신축성, 전도성, 내구성을 동시에 확보했다.

공동연구팀은 개발된 패치 소재와 신축성 전극, 온도센서를 결합해 웨어러블 패치를 구현했다. 성능 시연 결과 운동 후 피부에 땀이 흐른 상태에서도 접착력이 안정적으로 유지되었으며 심전도와 체온을 실시간으로 모니터링 가능했다.

이번에 개발한 기술을 적용하면 기존 제품 대비 제작 공정을 단순화하고 비용을 절감할 수 있어 대량생산에도 유리하다.

KRISS 김민석 역학표준그룹장은 “기존 의료용 전자패치는 해외 제품이 전부로, 그마저도 성능 면에서 폭넓은 활용이 어려웠다”며 “이번 성과는 원격진료 및 진단에 기여할 수 있어 국내 웨어러블 의료기기 산업에 마중물 역할을 할 것”이라고 전망했다.

성균관대학교 방창현 교수는 “후속 연구를 통해 심전도 외에도 맥박, 혈압, 호흡수, 체온 등 4대 생체활성징후 및 산소포화도를 실시간 측정해 종합 진단할 수 있는 웨어러블 센서를 개발할 예정”이라고 밝혔다.

KRISS 주요사업 및 한국연구재단 신진연구자 지원사업 등의 지원을 받아 수행한 이번 연구의 성과는 세계적인 학술지 케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal, IF: 13.273)에 게재됐으며 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials, IF: 18.808) 표지(back cover) 논문으로 선정됐다.

https://news.kbs.co.kr/news/view.do?ncd=5444080&ref=A

http://www.mtnews.net/news/view.php?idx=13388

https://mdtoday.co.kr/news/view/1065579890044499

https://m.dongascience.com/news.php?idx=53693