한국기술교육대, 자가 변형 고분자겔형 렌즈 개발

한국기술교육대학교는 최근 컴퓨터공학부 김상연(사진 왼쪽), 에너지신소재화학공학부 배진우(사진 오른쪽) 교수 연구팀이 볼록렌즈의 형상에서 오목렌즈의 형상까지 자유자재로 변형이 가능한 초박막형 렌즈를 개발했다고 10일 밝혔다.


이 렌즈는 3년 전 두 교수가 가정에서 사용하는 랩을 이용해 개발한 인공수정체와 동작원리가 같은 자가 변형 렌즈를 발전시킨 것이다. 전압을 가하면 형상이 변형되는 두께 약 800 마이크로미터인 '자가 변형 고분자겔형 렌즈'다.

연구팀은 복합가소화(Synergistic Plasticization) 방법을 통해 광학적으로 투명하고 고무와 같은 탄성력을 가진 고성능의 비이온성 폴리염화비닐 고분자겔이라는 스마트 물질을 제작했다. 약한 전기장의 변화로도 볼록, 평면, 오목 렌즈로 형상을 다양하게 변화시켜 넓은 범위의 초점거리를 구현했다.

이 렌즈로 안경을 만들면 가까운 곳을 볼 때는 볼록 형상으로 바뀌고 먼 곳을 볼 때는 오목형상으로 바뀌어 노안교정을 위한 안경으로 활용할 수 있다. 초점거리를 원하는 대로 바꿀 수 있어 수 밀리미터 이하의 두께를 가진 박막형 망원경도 개발이 가능하다.

김 교수는 "이번 연구는 유체를 이용하지 않고 얇은 비닐같은 유연한 물질의 형상이 전압에 따라 다양한 형태(양면 볼록, 양면 오목, 평면 오목, 평면 볼록, 메니스커스 등)로 변화하면서 초점거리가 바뀌는 세계 최초의 렌즈"라며 "일반 전기·전자 산업부터 의료용·국방용 장비까지 광범위하게 적용 가능하다"고 설명했다.

배 교수는 "이번 연구는 전기장에 반응해 대변형으로 스스로 움직이며 형태 재설계가 가능한 '스마트 소재'를 개발했다는데 의의가 있다"며 "이 소재는 효율적으로 전기장을 제어하면 렌즈뿐만 아니라 의공학, 유연전기소자, 소프트 로봇 등 가변 구조형 스마트 소재가 필요한 다양한 분야에서 핵심 역할을 할 것"이라고 말했다.


한편 이번 연구결과는 '전기적으로 형상이 변화하는 인버터블 마이크로 렌즈(Electrically Adaptive and Shape-Changeable Invertible Microlens)'라는 제목으로 미국 화학회(ACS)가 발행하는 'ACS 응용물질 및 계면(ACS Applied Materials ＆ Interfaces)' 3월 호에 게재됐다.

해당 연구는 한국연구재단 중점연구소사업, BK21 FOUR사업, 한국기술교육대학교 신진연구사업의 지원을 받아 한국기술교육대학교 김상연 교수와 배진우 교수, 세명대학교 최동수 교수, 연세대학교 조정호 교수, 버클리대학교의 Lin 교수가 참여하였으며 학생연구원으로는 윤인호 박사과정, 김태훈 박사과정, 한동헌 석사과정, 오승주 석사과정 학생이 참여하였다.