이를 활용하면 재활치료 과정에서 회복 정도를 확인하거나 움직임이 많은 근골격계 질환 원인 파악에도 도움이 될 전망이다.
18일 한국전자통신연구원(ETRI)에 따르면 ICT부품소재연구소 신소자연구그룹은 그래핀 복합소재 기반 직물형 센서를 에코플렉스(Ecoflex)라는 고무 재질로 만들었다. 에코플렉스는 인체에 무해한 고분자를 결합한 물질로 직접 부착해도 무해하며, 탄성도 좋다.
이런 유연한 탄성력을 갖고 있는 복합센서는 수천 번 구부리거나 늘려도 문제없는 높은 재현성을 가지고 있다. 민감도는 기존 센서와 비교해 10배 이상 높다. 연구진은 3차원 그래핀의 경우 스펀지 형태와 비슷해 손으로 눌렀다 떼게 되면 길이나 면적 변화 시 저항이 변하는 것을 알 수 있다고 설명했다. 스펀지 표면이 그래핀으로 코팅돼 있어 전도성이 있기 때문에 수직으로 압력을 가할 때 표면적 변화에 따른 저항 변화를 알 수 있다.
연구진은 고무형 센서를 의수나 의족, 로봇에 먼저 적용이 가능하고 병원 재활치료에도 큰 도움이 될 것으로 내다봤다. 재활치료의 경우 치료과정의 회복 정도를 알기 매우 어려웠는데 이 센서를 이용하면 치료 진척 과정의 정확한 정량 분석이 가능하다는 게 연구팀의 설명이다.
예를 들어 환자가 팔을 올리는 재활 과정에서 피부에 센서를 붙여 측정하면 팔 올림에 따른 저항 변화를 쉽게 관측할 수 있다. 자동차 시트에 붙여 운전자 근골격계 질환을 살필 수도 있다. 연구진은 활용 폭을 넓히기 위해 손가락·관자놀이·목 뒷부분에 붙여 손가락 굽힘·눈 깜박임·목 구부림에 따른 신체 움직임을 감지하는 모션 센서까지 제작했다.
터치센서 응용 여부를 확인하기 위해 촉각 센서 모듈도 만들었다고 연구진은 덧붙였다. 이렇게 만든 센서 제품은 4000번 이상 압력 변화를 반복하는 동안 일정한 저항을 유지했다. 연구진은 2∼3년 안에 기술 상용화를 할 수 있을 것으로 내다보고 있다.
ETRI ICT부품소재연구소 신소자연구그룹 최춘기 박사는 "피부에 부착해 신체 움직임이나 자세, 혈압이나 심장 박동수 등을 빠르게 실시간 감지할 수 있다"며 "기계로 된 딱딱한 팔다리 대신 인간 피부 같은 유연한 생체환경을 제공할 수 있을 것"이라고 말했다. 성과를 담은 논문은 지난달 27일 미국 화학회 나노분야 국제 학술지 'ACS 응용재료와 인터페이스'(ACS Applied Materials ＆ Interfaces)에 실렸다.
조재근 기자 jack333@cctoday.co.kr