피부에 붙여 침 삼킴·눈 깜빡임까지 감지…UNIST, 센서 소재 개발

UNIST 연구팀, 온도·압력 민감도 크게 개선한 맥신 센서 소재 개발

왼쪽부터 김수현 교수, 권순용 교수, 제1저자 데바난다 모하파트라 연구교수. UNIST 제공

피부에 붙여 기침, 침 삼킴, 눈 깜박임, 맥박 등 미세한 신체 변화를 감지할 수 있는 센서 소재가 개발됐다.

11일 울산과학기술원(UNIST)에 따르면 반도체소재부품대학원 김수현 교수와 권순용 교수팀이 온도와 압력 변화를 감지할 수 있는 티타늄 탄질화물 기반 초고민감도 맥신 소재를 개발했다. 맥신은 금속과 탄소 또는 질소로 이뤄진 나노 물질이다.

맥신은 두께가 매우 얇고 유연하면서도 전기가 잘 통해 입는 컴퓨터 및 헬스케어 기기 등에 들어가는 센서 소재로 주목받고 있다.

연구팀이 새롭게 개발한 맥신 소재는 질소가 없는 기존 소재보다 온도 변화와 압력 자극에 대한 민감도가 각각 3배와 4배 이상 개선됐다. 이는 아주 미세한 자극에도 전기 저항이 크게 변한다는 뜻으로 기계가 사람 상태를 훨씬 더 선명한 전기 신호로 인식할 수 있다.

연구팀은 최적 질소 농도를 찾아 이 소재를 개발했다. 질소는 특정 영역에서 전자 밀도를 높이고, 격자 진동 현상을 강화해 외부 자극에 대한 반응성을 극대화한다. 실험 결과 이 소재를 이용해 만든 센서는 미세 압력 변화를 감지해 말하기, 침 삼키기, 기침하기 등 성대의 미세한 떨림을 완벽히 구분했다.

눈가에서는 눈 깜박임을, 손목에서는 맥박 파형을 포착했다. 신발 뒤꿈치에 부착해 보행 패턴도 분석할 수 있었다. 또 1∼2㎜ 떨어진 상태에서 비접촉 온도 감지가 가능했다. 스마트폰 카메라 플래시에서 발생하는 적외선 열을 감지하거나, 손가락이 닿지 않아도 접근만으로 온도 변화를 인식했다.

김수현 교수는 “그간 탄화물에 국한됐던 맥신 연구를 질소까지 포함하는 탄질화물로 확장해 소재 다양성을 확보했다는 점에서 큰 의미가 있다”며 “온도와 압력을 동시에 극도로 섬세히 감지하면서도 신호 간 간섭을 효과적으로 제어할 수 있어 차세대 인간-기계 인터페이스와 지능형 로봇 전자 피부 기술의 전환점이 될 것”이라고 밝혔다. 이어 “헬스케어뿐 아니라 에너지 저장, 촉매, 전자기파 차폐 등 다양한 첨단 나노 소재 분야로 응용할 수 있을 것으로 기대한다”고 덧붙였다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 이노코어 사업과 한국연구재단 지원을 받아 진행됐다. 재료 과학 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스’에 지난달 12일 온라인으로 게재됐다.

울산 박정훈 기자

세줄 요약

• 피부 부착형 초고민감도 맥신 소재 개발
• 기침·침 삼킴·눈 깜빡임·맥박 정밀 감지
• 전자피부·헬스케어·로봇 응용 기대