가천대, 액체금속 전극 활용한 에너지 발생소자 기반 전자 피부 개발

가천대학교는 최근 바이오나노학과 서순민(사진) 교수 연구팀이 중국과학원(Chinese Academy of Science) 순치준(Sun Qijun)박사 연구팀과 공동 연구를 통해 신축성 있는 액체금속 나노입자 기반의 전극을 이용한 촉각 상호반응 인터페이스를 개발했다고 12일 밝혔다.

연구진은 마찰전기 발전기의 금속 전극으로 갈륨, 인듐, 주석의 혼합물로 이뤄진 액체금속 물질(갈린스탄)을 사용했다.


액체금속 물질은 높은 표면에너지와 순식간에 산화되는 성질로 인해 다루기가 어려워 전극물질로 활용하기 어렵다. 하지만 이번 연구에서 액체금속 물질을 나노입자로 분쇄해 박막으로 제작하는 기술을 개발, 이를 가능케 했다.

마찰전기발전기는 두 물체가 짧은 시간 닿을 때 생기는 전하의 불균형을 이용해 전기를 만드는 장치로, 양전하를 수집하는 금속 전극과 음전하를 수집하는 고분자유전체로 구성된다.

연구진은 미세한 요철 구조를 고분자유전체에 적용해 고분자유전체의 표면적을 넓혀 압력의 크기에 따라 마찰전기발전기의 발생 전압이 3V에서 256V까지 변할 수 있다. 전압의 크기에 따라 촉각의 강도도 조절 가능해 활용도를 높였다.


이와 함께 개발된 기술을 사용한 소자를 매트릭스로 구성해 액체금속의 유체특성을 활용한 마찰전기발전기들이 독립적으로 동작할 수 있어 원하는 부위만 따로 조작 가능하다.

이번 연구결과를 통해 안면마비환자를 위한 인공피부, 로봇용 인공피부 등 스마트 인공피부 개발이 가능할 것으로 분석된다.

최근 연구결과는 독일WILEY 사에서 발간하는 국제학술지인Advanced Functional Materials (IF: 15.621)에 게재됐다. 연구결과를 담은 학술지는 오는 4월 발간될 예정이다.

서 교수는 "이번 연구를 통해 개발한 전자피부는 기존 연구와 달리 따로 외부 전력, 변환장치 도움 없이 누르면 바로 전기가 발생·전달된다"며 "앞으로 로봇용 전자피부, 웨어러블 디바이스 등 다양한 분야에 응용할 수 있을 것으로 기대된다"고 설명했다.

한편 이번 연구는 한국연구재단 한중협력연구사업 지원으로 수행됐으며 제1저자로 가천대 바이오나노융합학과 석사학위 과정에 있는 양이지아(Yang Yijia) 학생이 참여했다. 공동교신저자인 순치준 박사는 가천대 바이오나노학과 바이오메디컬전공 석·박사 졸업생이다.