한양대학교 화학공학과 김도환 교수가 참여한 공동연구팀이 누루는 힘에 따라 밝기가 달라지는 ‘스마트 발광형 전자피부'를 개발했다. 전자피부는  온도, 습도, 압력 등을 감지함으로써 사람의 피부와 유사한 기능을 수행하는 탄력있고 부드러운 전자 장치를 말한다.

김 교수와 서강대 강문성 교수 연구팀의 공동연구로 진행된 이번 연구는 지난 2일 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)’에 온라인 게재되었다. 논문명은 'Visco-Poroelastic Electrochemiluminescence Skin with Piezo-Ionic Effect' 이다.

기존의 전자피부 기술은 사용자의 입력을 받아들이는 센서와 별도로 디스플레이 장치가 각각 필요하며, 이를 낮은 전력을 이용하여 구동하는데 한계가 있었다. 또 낮은 전력을 이이용해도 힘의 유무에 따른 정도만 구분을 할 뿐, 힘의 변화를 민감하게 포착하여 이에 상응하는 시각적 피드백을 제공하는 데에는 어려움이 있었다.

이에 연구팀은 바닷물의 흐름이 만드는 자극 등에 반응해 발광세기가 달라지는 해양 플랑크톤에 착안해 신축성 있는 고분자 소재에 전기화학적 발광소재를 적용한 전자피부를 설계하였다. 누르는 부분에서만 힘의 세기에 따라 소재 속 이온의 분포 변화를 바탕으로 빛의 휘도(단위면적당 빛의 세기)가 달라지는 원리를 이용한 것이다. 

이를 통해 개별적으로 구성된 감압장치와 발광장치, 복잡한 연결 회로 등이 없어도 자극의 위치와 세기를 실시간 빛의 변화로 응답하는 얇은 필름 형태의 발광소재를 구현해 냈다. 새롭게  만들어진 전자피부는 사람의 손으로 만들어내는 다양한 범위의 압력(0~60kPa)을 다른 휘도의 빛으로 발광할 수 있다.

또한, 개발된 전자피부는 늘리는 자극에 비례하여 빛의 휘도가 증가하는 흥미로운 결과도 나왔다. 이는 기존 보고된 일반적인 전자피부의 시각적인 피드백과 다른 경향으로, 늘리는 자극의 세기를 쉽게 구분하는데 유리한 방식이다.

김 교수는 이번 연구의 성과에 대해 “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 발전가능성을 토대로, 사물인터넷(IoT) 시대 사용자와 사물 간 시각적 촉각인터페이스 분야로의 응용이 기대된다”고 밝혔다. 

이어 김 교수는 개발된 기술의 실용화를 한 과제로 "전자피부를 인체에 직접 적용하기 위해서는 생체 친화적인 소재를 사용해한다"며, "구체적으로 인체에 어떠한 영향을 미치는지에 대한 체계적인 추가연구가 필요하다"고 덧붙였다.

한편, 해당 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 개인기초연구(중견연구) 사업의 지원으로 수행되었다.