연구재단, 찢어져도 10초 내 자가치유되는 전자피부 개발

서울시립대 김혁 교수팀, 열·빛 등 외부자극 없이 80% 이상 회복

[대전=뉴시스] 서울시립대학교 김혁 교수팀이 개발한 전자피부와 기존 전자피부 특성 비교. 빠른 치유 속도(10초), 높은 치유 능력(80% 이상), 상온에서의 치유 가능성 등이 입증됐다.(사진=서울시립대 김혁 교수 제공) *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 긁히거나 찢어져도 10초 내로 신속하게 복구되는 전자피부를 국내 연구진이 개발했다.

한국연구재단은 서울시립대학교 김혁 교수팀이 외부자극 없이 10초 이내에 80% 이상의 기능을 복구할 수 있는 초고속 자가치유 전자피부를 개발하고 실시간 생체신호 모니터링 및 AI 기반 근육피로평가 기술로 구현가능성을 입증했다고 19일 밝혔다.

사람의 피부를 모방한 전자피부는 웨어러블 기기의 가장 진화한 형태 중 하나로 헬스 케어 분야에서 활용도가 높지만 반복적인 사용 중 발생하는 마찰, 찢어짐, 스크래치와 같은 기계적 손상에 취약해 장기간 착용이 어렵고 손상 시 성능저하가 불가피하다.

현재 손상을 80% 복구하는 전자피부가 알려져 있지만 복구까지 1분이 걸려 측정이 단절되고 복구 시 열과 빛 같은 외부 자극이 필요해 실용화에 어려움이 있다.

이번에 김 교수팀은 전자피부의 자가치유 성능을 높이기 위해 다양한 화합물 합성을 통해 최적의 조건을 구현했다.

이를 위해 연구팀은 우선 유연한 열가소성 폴리우레탄(TPU)에 이황화물 화합물을 도입, 열이나 빛 등 외부자극 없이도 재결합할 수 있는 이황화 결합을 형성토록 설계했다.

또 높은 복원력을 위해 분자 이동성이 높은 화합물 '이소포론 디이소시아네이트(IPDI)'을 첨가해 자가치유 능력을 극대화했다.
 
이황화 결합은 두 개의 황(S) 원자가 결합된 화학적 구조로, 손상된 후에도 스스로 다시 결합해 자가치유를 가능케 한다.

개발된 자가치유 전자피부는 상온에서 10초 이내에 80% 이상 기능을 회복하는 성능을 보였고 고온·고습·저온·수중 등 극한 환경에서도 근전도 및 심전도를 안정적으로 측정할 수 있고 손상 후 자가치유를 거쳐도 신호가 안정적으로 유지되는게 확인됐다.

연구팀은 이어  전자피부 센서를 딥러닝 기반 빅데이터 해석 모델과 결합해 실시간 근육 피로를 모니터링하는 실험에도 성공했다.
 
과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 국제학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)'에 지난달 12일 게재됐다.(논문명:Rapidly self-healing electronic skin for machine learning–assisted physiological and movement evaluation)

김혁 교수는 "개발된 전자피부는 딥러닝 기반 빅데이터 해석 모델과 결합돼 실시간으로 근육 피로도를 정확도 95% 이상으로 분석할 수 있어 기존 전자피부와는 차별화된 실용적 기능과 상용화 가능성이 입증됐다"며 "자가 치유형 전자피부의 주요 난제를 해결, 차세대 웨어러블 의료기술의 발전 및 상용화를 촉진하는 데 기여할 것"이라고 말했다.


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