GIST(광주과학기술원, 총장 문승현) 신소재공학부 고흥조 교수(광주과학기술원)와 좌성훈 교수(서울과학기술대학교) 공동 연구팀은 민감도 조절이 가능한 스트레인 센서 제작에 성공했다.

스트레인 센서는 미래 헬스 케어 및 원격 조정 시스템에 응용 가능하기 때문에 측정 가능한 변형율의 범위와 민감도를 향상시키기 위해 연구를 진행하고 있다.

그러나 넓은 범위의 변형율과 높은 민감도를 구현하는 것은 매우 어렵기 때문에 스트레인 센서의 사용 목적과 부위에 따라 요구되는 특정 변형율에 높은 민감도를 구현할 수 있는 기술이 필요하다. 기존의 센서 물질의 종류와 코팅법에 의한 직접적인 방식은 소자 제작 시간이 증가하여 생산성이 낮고 균일한 특성의 센서를 제작하기 어렵다.

연구팀은 센서층이 아닌 스트레인 센서의 형태를 구성하는 탄성체의 구조를 이용하여 특정 변형율을 가지는 스트레인 센서의 민감도를 향상시켰다. 탄성체 내에 굴곡 구조를 도입하여 굴곡의 단차와 개수를 증가시켜 민감도를 향상에 성공했다.

소자에 변형이 가해질 때 탄성체의 두꺼운 부분과 얇은 부분의 신장 정도가 달라 센서층에 비균일한 균열의 분포가 유도된다. 이는 광학 분석을 통해 두꺼운 부분과 얇은 부분의 경계에서 높은 수의 균열이 발생하는 것을 확인하였다.

또한 시뮬레이션을 통해 소자 변형시 두꺼운 부분과 얇은 부분의 경계에서 발생하는 높은 전단 변형율이 축 변형율과 함께 경계 부분에서 높은 수의 균열을 형성하는데 중요한 역할을 하는 것을 확인했다. 실제 제작한 패치형 스트레인 센서는 손목에 부착하여 높은 민감도와 응용성을 보여주었다.

고흥조 교수는 “자세교정 및 생체신호를 확인할 수 있는 헬스 케어 시스템 등에 적용하여 사용자의 편의성을 증대시킬 수 있다며, 원격 수술과 로봇 컨트롤 기술에 적용 가능할 것으로 기대된다”고 말했다.

관련 논문은 Small 논문에 6월 20일자 게재되었으며, back cover로 선정되었다. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201700070/full