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KAIST, 인공피부용 촉각 센서 상용화 가능성 높여


이력현상 낮추고 성능 균일도 향상

[아이뉴스24 최상국 기자] 인공피부에 활용할 수 있는 촉각센서의 상용화 가능성이 높아졌다.

KAIST는 신소재공학과 스티브박 교수, 기계공학과 김정 교수와 ETRI 심주용 박사 공동 연구팀이 균일한 성능과 이력현상이 낮은 인공 피부 제작 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.

이력현상이란 촉각 센서에 압력이 가해질 때와 제거될 때 센서의 전기적 신호 변화 양상이 다르게 나타나는 현상을 말한다. 센서에 같은 압력이 가해져도 다른 전기적 신호를 보일 수 있음을 뜻하는 것으로, 이력현상이 커지면 촉각 센서의 압력 측정 정확성이 떨어지게 된다.

촉각센서의 이력현상 [KAIST 제공]
촉각센서의 이력현상 [KAIST 제공]

센서 간 높은 균일성을 확보하기 위해서는 균일한 기판과, 전도성 물질의 균일한 분산이 필요하다. 연구팀은 이력현상을 줄이고 센서 간 높은 균일성을 확보하기 위해 미세유체공정과 화학증착 기법을 활용했다.

연구팀은 미세유체공정을 통해 균일한 크기의 기공을 갖는 고분자 스펀지를 제작했다. 스펀지 기공의 크기는 1.43 %의 변동계수 값을 보였다. 연구팀은 전산 시뮬레이션을 통해 스펀지의 기공의 크기의 변동계수 값이 클수록 센서 간 균일성이 낮아짐을 확인했다.

연구팀은 제작한 고분자 스펀지에 화학증착 기법을 통해 전도성 고분자인 폴리피롤를 코팅했다. 화학증착 기법은 증착 시간을 통해 증착되는 고분자의 양을 조절할 수 있어 균일한 코팅이 가능하다.

그 결과 제작된 센서는 센서 간 성능의 변동계수 값이 2.43 %로 높은 균일성을 보였다. 또한, 고분자 스펀지와 전도성 고분자가 강한 공유 결합을 형성해 2 % 수준의 낮은 이력현상을 보임을 확인했다.

(좌) 균일한 크기의 기공을 가지는 고분자 스펀지의 주사전자현미경 이미지 (우) 같은 조건으로 제작된 센서 10개의 압력에 대한 저항 변화 그래프[KAIST 제공]
(좌) 균일한 크기의 기공을 가지는 고분자 스펀지의 주사전자현미경 이미지 (우) 같은 조건으로 제작된 센서 10개의 압력에 대한 저항 변화 그래프[KAIST 제공]

오진원 석사가 1저자로 참여한 이번 연구결과는 국제학술지 ‘스몰(Small)’ 8월 16일자 표지논문으로 게재됐다. (논문명 : Highly Uniform and Low Hysteresis Piezoresistive Pressure Sensors based on Chemical Grafting of Polypyrrole on Elastomer Template with Uniform Pore Size)

최상국 기자 skchoi@inews24.com






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