UNIST 에너지 및 화학공학부 고현협, 백충기 교수팀과 미국 듀크대 연구팀은 색상 변화로 외부 자극을 표현하는 인공 전자 피부를 개발했다고 10일 밝혔다.

전자 피부 재료로 사용되는 역학 변색형 고분자는 외부 자극에 의해 분자 구조가 변하면서 색상이 바뀌는 소재다.

이 소재는 가공성이 좋고, 별도 전원 공급 없이 외부 자극을 색상 변화로 시각화할 수 있다는 장점이 있다.

그러나 색상 변화가 나타나기 위해서는 강한 외부 자극이 필요하다는 문제점이 있었다.

공동 연구팀은 복합 고분자 소재에 미세한 구멍(마이크로 포어)을 만들고, 그 안에 기계적 강도가 높은 실리카 나노 입자를 코팅해 전자 피부를 만들어 이 문제를 해결했다.

외부 압력이 가해질 때 변색이 일어나는 소재에 전달되는 힘의 양을 증가시켜 반응 민감도를 높인 것이다.

이는 서로 다른 기계적 특성을 가지고 있는 경우, 힘이 마이크로 포어와 실리카 나노 입자 주변으로 집중되는 원리를 이용한 것이라고 연구팀은 설명했다.

또 마이크로 포어와 실리카 나노 입자에 의한 에너지 분산 효과로 인해 신축성이 기존 재료 대비 최대 400% 증가하는 효과도 나타났다.

연구팀은 “그동안 변색형 고분자의 외부 자극 민감도 향상을 위한 연구는 분자 단위 변형 수준에서 진행됐으나, 마이크로·나노 구조 변형을 통해 민감도를 높인 연구는 최초”라고 밝혔다.

이어 “이번 성과는 복잡한 전기 신호 기반의 전자 피부와 달리 시각적인 색깔 변화로 외부 자극의 세기를 검출할 수 있어 차세대 전자 피부 기술의 핵심 역할을 할 것”이라고 기대했다.

이번 연구 성과는 지난달 9일 재료 분야 국제학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼즈’(Advanced Materials)에 게재됐다.

이 연구는 과학기술정보통신부 중견연구자지원사업, 글로벌프론티어사업으로 수행됐다. 강은정 기자