카이스트, 광 투과 방식 '웨어러블 유연 인장 센서' 개발

국내 연구진이 신체 동작·자세 모니터링에 활용할 수 있는 웨어러블 유연 인장 센서를 개발했다.

웨어러블 유연 인장 센서는 움직일 때 발생하는 다양한 관절 굽힘 동작, 자세, 맥박·표정 등 생체 동작을 연속적으로 측정한다. 이를 바탕으로 운동할 때 나타나는 관절의 움직임을 파악하거나 자세 교정, 맥박 등을 측정할 수 있다. 향후 헬스케어 모니터링 시스템 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구는 한국연구재단의 중견 연구과제와 선도연구센터지원 사업의 지원을 통해 수행됐다. 연구 결과는 나노기술 분야 국제 학술지인 'ACS Applied Materials & Interfaces' 3월 4일 자 표지 논문에 게재됐다.

건강 관리에 대한 사람들의 관심이 높아지면서, 다양한 웨어러블 유연 센서에 대한 연구 또한 활발히 진행되고 있다. 일반적으로 인체에 적용하는 센서에 따라 전기 저항식, 정전용량식 등으로 구분한다. 기존의 전기저항식 센서는 장시간 반복되는 신호에 대한 안정성·선형성에 한계를 보인다. 정전용량식 역시 외부 전기장의 영향에 취약하고, 센서의 민감도가 떨어진다는 단점을 갖고 있다. 두 방식의 문제점을 보완하기 위해 광학 방식의 유연 인장 센서가 개발됐지만, 여전히 민감도가 낮다는 평가를 받는다.

카이스트(KAIST) 박인규 교수 연구팀은 폭넓은 범위의 인장률을 안정적으로 측정할 수 있는 유연 인장 센서 개발에 성공했다. 탄소 나노튜브가 함침된 탄성중합체가 가지는 광투과도 변화 현상을 활용했다. 외부 자극에 따라 탄소 나노튜브 필름에 틈이 형성되고, 이 과정에서 광 투과도가 변화해 기존 광학 방식 인장 센서보다 10배 이상 높은 감도를 구현할 수 있었다. 1만 3천 회 이상의 구부러지는 자극에도 신호가 안정적이었으며 온도·습도 등 환경적 요인에도 크게 영향을 받지 않아 활용도가 높다고 알려졌다. 향후 웨어러블 기기에 적용될 수 있는 가능성을 보여줬다.

새롭게 개발한 인장 센서를 이용해 손가락 굽힘 동작을 측정했고, 이를 로봇 조종에 활용했다. 3축 센서로 패키징해 인체 자세 모니터링에도 적용했다. 연구진은 또한 경동맥 근처의 맥박 모니터링과 발음할 때 나타나는 입 주변 근육 움직임과 같은 미세한 동작 관찰도 성공했다.

박인규 교수는 "이번 연구에서는 기존의 전기저항식, 정전용량식·광학 방식의 유연 인장률 센서가 갖는 한계를 극복할 수 있는 새로운 플랫폼을 개발했다"며, "헬스케어, 엔터테인먼트, 로보틱스 등 다양한 분야에 널리 활용될 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.

차진희 기자 postmoneynews@gmail.com

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