누르거나(압력) 잡아당기는(인장) 외부자극에 의해 빛의 휘도가 변하는 스마트 포토닉 전자피부 모식도 (가) 누르는 힘이 작용하는 위치와 세기에 따라 방출하는 빛의 세기 미세한 차이를 보여 인가되는 자극을 시각적으로 반응하는 전자피부 (나) 넓은 압력범위(0~60kPa)와 인장(0-100%)에 따른 민감한 발광특성의 변화를 나타내는 포토닉 전자피부의 물성표 (강문성 서강대학교 교수, 김도환 한양대학교 교수 제공) 2021.06.02 /뉴스1

누르거나 잡아당기는 자극의 세기에 따라 방출되는 빛의 밝기가 민감하게 변하는 전자피부 기술이 개발됐다.

과학기술정보통신부가 강문성 서강대학교 화공생명공학과교수 연구팀과 김도환 한양대학교 화학공학과 교수 연구팀이 누르거나 당기는 등 힘의 변화를 빛의 미세변화로 응답하는 '스마트 발광형 전자피부'를 개발했다고 2일 밝혔다.사용자가 누르거나 잡아당기는 행동에 반응해 실시간으로 눈에 보이는 변화를 제공하는 스마트 촉각인터페이스 기술은 유연한 터치스크린, 버튼 없는 디스플레이 등 차세대 사용자 친화적 실감형 기술 등에 응용될 수 있다.

기존에는 사용자의 입력을 받아들이는 힘 센서와 별도로 디스플레이 장치가 각각 필요하며, 이를 낮은 전력을 이용하여 구동하는 데 한계가 있었다. 저전력으로 구동이 가능하더라도 힘의 유무에 따른 정도만 구분할 뿐, 힘의 변화를 민감하게 포착하여 이에 상응하는 시각적 피드백을 제공하는 데에는 어려움이 있었다.

연구팀은 바닷물의 흐름이 만드는 자극 등에 반응해 발광세기가 달라지는 해양 플랑크톤에 착안해 신축성 있는 고분자 소재에 전기화학적 발광소재를 적용한 전자피부를 설계했다. 누르는 부위와 힘의 세기에 따라 소재에 포함된 이온의 분포가 달라지고, 이를 바탕으로 빛의 휘도(단위면적당 빛의 세기)가 달라지는 원리를 이용한 것이다. 이를 통해 연구진은 개별적으로 구성된 감압장치와 발광장치, 그리고 이들을 연결하는 복잡한 회로 없이 얇은 필름 형태의 발광소재를 구현해 냈다.  

이렇게 만들어진 전자피부는 사람의 손으로 만들어내는 다양한 범위의 압력을 다른 휘도의 빛으로 표현할 수 있었다.

또한, 개발된 전자피부는 늘리는 자극에서도 방출되는 빛의 휘도가 변화했다. 빛의 휘도는 늘리는 자극에 비례하여 증가했다. 이는 기존 보고된 일반적인 전자피부와 다른 경향으로, 늘리는 자극의 세기를 쉽게 구분하는데 유리한 방식이다.

김도환 교수는 "지금까지의 전자피부 분야에서 연구되지 않은 힘의 변화에 따른 발광층 내 이온 분포를 제어한 새로운 구동 방식을 제시한 데 큰 의미가 있다"라며 "유연한 터치스크린, 버튼 없는 디스플레이 등 사용자 친화적 실감형 기술로의 발전 가능성을 토대로, IoT 시대 사용자와 사물 간 시각적 촉각인터페이스 분야로의 응용이 기대된다”고 밝혔다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 개인기초연구(중견연구) 사업의 지원으로 수행된 이번 연구는 재료과학 분야 국제학술지 '어드밴스드 머터리얼스'(Advanced Materials)에 게재됐다.

이번 연구에는 이종익 서강대 연구원, 최한빈 한양대 연구원이 제1저자로 참여했다.


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