광운대 박재영 교수 연구팀, 신축성 뛰어난 인체활동모니터링 무전원센서 개발

광운대학교는 전자공학과 박재영 교수 연구팀이 신축성이 뛰어난 에코플렉스(Ecoflex)와 이황화몰리브덴(MoS2) 나노 복합소재를 개발해 고감도 웨어러블 의료기기 등에 폭넓게 활용할 수 있는 마찰전기 나노발전기 제작이 기대된다고 17일 밝혔다.

최근 웨어러블 의료·헬스케어 스마트기기, 전자 피부, 소프트 로봇, 휴먼-머신 인터페이스 등의 응용 분야에서 고감도 웨어러블 압력·인장 센서와 친환경 전원 기술의 수요가 증가하고 있다. 기존의 압력·인장 센서는 구동을 위한 별도 전원 공급장치가 필요하고, 실시간·연속 모니터링 시 전력소비 증가, 시스템 부피로 인한 낮은 휴대성 등의 단점이 있었다. 이를 해결하고자 웨어러블 마찰전기 나노발전기 개발 연구가 세계적으로 활발히 진행되는 상황이다.

특히 성능, 신뢰성, 신축성이 우수하고 생체친화적인 무전원 압력·인장 센서는 운동선수와 환자의 생체역학적 신호 등 실시간·연속 모니터링이 필요한 디지털 의료·헬스케어 시스템의 핵심 기술이다.

박 교수 연구팀이 개발한 고성능 마찰전기 나노발전기는 에코플렉스·이황화몰리브덴 나노복합소재를 전자수용층으로 사용해 신축성이 탁월하다. 이황화몰리브덴은 층상 구조와 높은 비표면성으로 우수한 전하 축적 특성을 제공하며, 나노복합체의 시너지 효과로 전력 밀도가 크게 향상됐다.

또한, 3D 프린팅 기술로 제작된 템플릿을 사용해 나노복합소재 표면에 미세 구조를 도입함으로써 성능을 극대화했다.

이렇게 개발된 디바이스는 신축성이 뛰어나며(230%) 2차원 나노물질인 이황화몰리브덴과 에코플렉스의 결합으로 초고감도(17.18V/kPa), 높은 전력밀도(11W/m²)를 나타냈다.

웨어러블 스마트기기의 친환경 전원 기술과 손가락, 손목, 팔꿈치, 무릎 등 인체 움직임을 실시간 모니터링할 수 있는 무전원 센서 기술로 성공적으로 시연돼 디지털의료·헬스케어, 전자피부, 휴먼-머신 인터페이스, 웨어러블 전자기기, 게임 등에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다.

이번 연구는 산업통상자원부의 한국산업기술진흥원과 산업기술평가원의 산업기술혁신사업, 2023년 광운대 교내연구자 지원사업으로 수행됐으며, 연구 결과는 화학공학분야 세계적 학술지 엘시비어(Elsevier) 출판의 케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal, IF: 15.1)'에 논문으로 게재됐다. 공동 1저자인 소헬 박사는 지난해 7월부터 방글라데시 공립대학(Noakhali Science and Technology University) 교수로 재직 중이다.