KAIST, 최대 668% 늘어나는 자가발전 고신축성 센서 개발

(대전=뉴스1) 이동원 기자 = KAIST 기계공학과 김미소 교수 연구팀이 배터리 없이 스스로 전기를 생성하면서도 최대 668%까지 늘어나는 고신축성 자가발전 압전 섬유 센서를 개발했다고 18일 밝혔다.

이 센서는 ‘계층적 복원 설계(Hierarchical Resilient Design)’를 적용해 반복 변형에도 전극층과 압전층의 손상을 방지하고 안정적인 전기 신호를 유지하는 섬유 기반 자가발전 센서 플랫폼을 제시했다.

내부에 탄성 고분자 미세 입자를 벨크로(찍찍이) 구조처럼 촘촘히 배치하고, 전극과 압전층 간 연결을 견고하게 설계해 고무줄처럼 늘어나고 회복하는 기계적 복원성과 전기적 신뢰성을 동시에 확보했다. 또한 코일과 매듭 형태로 제작해 충격과 변형이 빈번한 환경에서도 신호가 안정적임을 입증했다.

AI를 활용한 신호 분석을 통해 눌림, 구부러짐, 늘어남 등 다양한 움직임을 정확하게 구분할 수 있었다.

이번 기술은 심박, 호흡, 관절 움직임, 근육 활동 등 생체신호를 배터리 없이 장기간 모니터링할 수 있는 차세대 웨어러블 의료기기 개발에 활용될 전망이다.

더불어 전자 피부, 소프트 로봇 감각 센서, 수술 보조 센서, 구조 응력 모니터링 등 다양한 분야로 적용 범위가 확장되고 있다.

김미소 교수는 “기계적 복원성과 전기적 신뢰성을 동시에 갖춘 섬유 기반 자가발전 센서 플랫폼은 기존 기술 한계를 극복한 혁신적 결과”라며 “앞으로 웨어러블 의료기기와 최신 디지털 헬스케어, 그리고 인공지능 융합 영역에서 활용 가치를 높여 나갈 것”이라고 말했다.

이번 연구는 최용준 연구원이 제1저자로 참여했으며, 세계적 학술지 ACS Nano(Impact Factor 16.1)에 3월 10일 게재됐다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단 융합·소재사업의 지원으로 수행됐다.

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