광운대, '숨결 읽는 센서' 개발…웨어러블 건강 관리 실현

외부 전원 없이 실시간 호흡 모니터링

웨어러블 헬스케어 플랫폼

[서울=뉴시스] 박재영 교수(왼쪽)와 로비우 박사과정. (사진=광운대 제공) 2025.08.18. [email protected]
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[서울=뉴시스]전수현 인턴 기자 = 광운대는 본교 전자공학과 박재영 교수 연구팀이 높은 양의 마찰전기 나노메쉬(Tribopositive Nanomesh)를 개발했다고 18일 밝혔다.

최근 웨어러블 센서에 대한 수요가 크게 증가하고 있다. 그러나 기존의 센서는 주로 별도의 외부 전원이 필요한 저항, 정전용량, 광 기반 기술에 의존하고 있어 휴대성과 반영구적 실시간 모니터링에 한계가 있다.

이에 대한 대안으로 자체 전력을 생성하는 마찰전기 나노발전기(TENG)가 주목받고 있으나, 대부분의 TENG는 피부나 옷과의 마찰 시 신호 간섭 문제가 발생하는 '음의 마찰전기' 소재를 사용한다. 이는 피부 접촉이 불가피하고 섬세한 압력 감지가 필요한 분야에서 제약이 있다.

이에 박 교수팀은 반도체 특성을 갖는 g-C₃N₄를 폴리우레탄과 복합하고 전기방사 기술을 통해 나노메쉬 구조를 갖는 '양의 마찰전기' 소재를 제작했다. 이 복합소재는 기존 폴리우레탄보다 유전율을 1.5배, 출력 전압은 1.7배 향상하며 피부나 옷과의 접촉에도 신호 간섭을 최소화한다.

또한 연구팀은 생체적합성 소재인 에코플렉스(Eco-flex) 필름과 결합해 상용 마스크에도 적용 가능한 '고유연성, 통기성, 저하중 감응 센서 구조(고막 모사 스프링 구조)'를 구현했다.

개발된 무전원 압력센서는 0.3~1.7 kPa의 초저압 영역에서 0.515 V/kPa의 고민감도를 보였으며 인간의 자연스러운 호흡 압력을 쉽게 측정할 수 있었다. 더해 5 Hz 주파수에서 2.9 W/m²의 출력 밀도를 기록하는 등 저전력 웨어러블 기기를 직접 구동할 수 있는 수준의 높은 전력을 생성했다.

[서울=뉴시스] (맨 위부터) 폴리우레탄(PU) 복합소재 기반 고성능 양의 마찰전기 나노메쉬 제작 방법, 물성, 실시간 호흡 모니터링을 위한 자가구동 웨어러블 헬스케어 플랫폼 구조와 동작원리, 주요 성능지표. (사진=광운대 제공) 2025.08.18. [email protected] *재판매 및 DB 금지

연구팀은 해당 기술이 외부의 별도 전원 공급 없이도 자체 전원으로 웨어러블 호흡 모니터링, 음성 인식, 피부 부착형 압력 센서 등 다양한 응용 분야에 적용될 수 있음을 실증했다.

한편 이번 연구 결과는 화학공학분야 최고 수준의 세계적 학술지인 엘시비어(Elsevier) 출판의 '케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)'에 게재됐다.


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