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‘이달의 과학기술인상’ 1월 수상자 김도환 한양대 화학공학과 교수

‘이달의 과학기술인상’ 1월 수상자 김도환 한양대 화학공학과 교수

‘이달의 과학기술인상’ 1월 수상자로 김도환 한양대 화학공학과 교수가 선정됐다.

과학기술정보통신부가 주최하고 한국연구재단과 서울경제신문이 공동 주관하는 ‘이달의 과학기술인상’을 받은 김 교수는 촉각세포를 모사해 웨어러블 전자기기에 적용할 수 있는 전자피부 기술을 개발했다. 그는 지난해 미국 라스베이거스에서 열린 CES에서 이 전자피부를 활용한 ‘실감형 웨어러블 컨트롤러 시제품’을 선보이기도 했다. /고광본선임기자 kbgo@sedaily.com

‘이달의 과학기술인상’ 1월 수상자 김도환 한양대 화학공학과 교수
김도환(오른쪽) 한양대 화학공학과 교수가 연구원들과 함께 인공 전자피부의 데이터를 살펴보고 있다. /사진제공=한국연구재단

‘이달의 과학기술인상’ 1월 수상자 김도환 한양대 화학공학과 교수

[이달의 과학기술인상-김도환 한양대 교수]

생체 촉각세포 모방 ‘전자피부’

미세한 온도·습도·압력에 반응

기존 소재보다 30배 이상 성능

피부부착 패치·수술로봇 등 활용

스마트 인터페이스 경쟁력 선점



전자피부는 사람의 피부처럼 온도·습도·압력 등의 촉각 자극을 감지하는 전자소자이다. 생체 촉각세포를 모방한 전자피부 소재를 개발하면 몸에 부착하거나 착용할 수 있는 웨어러블 전자기기 기술을 선점할 수 있다. 인공장기나 로봇피부, 유연한 디스플레이의 시장확대에 맞춰 스마트 인터페이스의 핵심기술로도 주목된다. 하지만 기존 전자피부는 미세한 자극을 구분하는 센서의 민감도가 떨어지고 넓은 범위의 자극을 인지하지 못하는 한계가 있었다.

과학기술정보통신부가 주최하고 한국연구재단과 서울경제신문이 공동주관하는 ‘이달의 과학기술인상’ 1월 수상자인 김도환 한양대 화학공학과 교수팀은 미세한 압력변화까지 감별할 수 있는 초고감도 전자피부 소재를 개발했다.

통상 전자피부에 압력을 가하면 세포막 안팎의 나트륨과 칼륨 이온 농도가 변하고 그 전기 신호를 바탕으로 우리 몸은 자극을 인지한다. 연구진은 이 신호를 읽어 압력 세기를 감지했다. 이 전자피부는 기존 소재보다 30배 이상 높은 민감도로 압력 세기를 감별해냈다. 감별 압력 범위도 0~140㎪(킬로파스칼)에 달했다.

연구진은 이 전자피부를 무선통신 회로·모듈과 결합해 압력의 변화로 소형 드론의 속도와 방향을 자유자재로 제어할 수 있는 ‘웨어러블 컨트롤러’도 만들었다. 컨트롤러는 팔이나 손 등 몸에 붙일 수 있고 1㎷의 전압으로도 외부 자극을 감지해냈다. 김 교수는 사람의 촉각세포가 외부압력을 감지하는 원리를 모방해 점-유탄성(탄성과 점성을 동시에 가진 구조체 내에 유체가 점성을 갖고 흐름) 성질을 가진 고분자 신소재를 개발했다. 소리·혈압·물체 하중까지 감별하는 고감도·초저전력·고신축성 전자피부를 구현해 원천특허를 확보하고 ‘스마트 헬스케어용 촉각 센서’ 기술을 지난 2018년 터치패널 전문기업에 기술이전했다. 사람 촉각세포의 세포막 구조와 외부 자극에 따라 발생하는 생체이온의 신호전달 메커니즘을 모사한 인공 촉각세포도 구현해 압력 세기로 드론 등 자율주행 동력장치의 가속과 방향을 동시에 제어하는 ‘전자피부 패치 기반의 실감형 웨어러블 컨트롤러’도 개발했다.

김 교수는 “촉각세포의 이온 전달 체계를 매우 근접하게 모사해 촉각 기능을 극대화했다”며 “새 전자피부 기술은 차세대 소프트 디바이스의 핵심소재 기술로 터치스크린, 피부부착형 건강진단 패치 등 다양한 분야에 활용할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 이 연구는 지난해 ‘네이처 커뮤니케이션스’에 실렸다.

김 교수는 “촉각증강형 초고감도 전자피부 기술은 차세대 소프트 전자기기의 핵심기술로 실감형 터치스크린, 피부부착형 건강진단 패치, 수술로봇 등 다양한 분야에서 활용이 기대된다”며 “전자피부 원천기술 개발로 미래산업 경쟁력 확보에 기여하고 싶다”고 밝혔다.

☞김도환 교수 인터뷰

“사람 피부 완벽하게 재현할 원천소재 기술 확보할 것”

“가상·증강 현실 내 촉각 부여”

‘이달의 과학기술인상’ 1월 수상자 김도환 한양대 화학공학과 교수
김도환(왼쪽) 한양대 교수가 연구팀과 포즈를 취하고 있다. /사진=한국연구재단

“저희 연구실이 보유한 초고감도 이온트로닉 전자피부 기술을 한 단계 더 발전시켜 사람 피부를 완벽하게 재현하는 인공피부 개발을 위한 원천소재 기술을 확보하고 싶습니다.”

‘이달의 과학기술인상’ 1월 수상자인 김도환(43·사진) 한양대 화학공학과 교수는 8일 서울경제신문과의 인터뷰에서 “가까운 미래에 전자피부로 휘고 접히고 늘어나는 디스플레이가 보편화되고 패치나 생체삽입 헬스케어 기기가 많이 개발될 것”이라며 이같이 밝혔다. 김 교수는 POSTECH에서 석·박사와 박사후과정, 스탠퍼드대에서 박사후과정을 한 뒤 다양한 나노소재를 연구하고 응용 가능한 소재·소자·플랫폼·인터페이스 개발과 기술이전까지 폭넓은 연구를 진행해왔다.

그는 전자피부 기술이 발전하면 소피아 같은 인공지능(AI) 로봇에도 전자피부 기술이 적용돼 시각·청각뿐만 아니라 촉각을 매개로 로봇과의 정보교환이나 감정전달이 가능할 것이라고 내다봤다. 그는 “전자피부형 센서는 옷이나 장갑처럼 제작돼 편리하게 가상·증강 현실 내 촉각을 부여받을 수 있다”며 “초민감도 소프트 촉각센서를 적용한 수술용 로봇이 의사를 대신해 정교한 수술도 할 수 있게 될 것”이라고 말했다.

김 교수는 지난 2017년 사람의 피부를 구성하는 촉각세포가 외부압력을 감지하는 원리를 모사해 고분자 신소재를 개발했다. 소리·혈압·촉각·물체 하중까지 감별하는 초고감도·초저전력·고신축성 전자피부를 세계 최초로 개발해 사람 피부를 뛰어넘는 인공피부를 구현했다는 평가를 받았다. 이 기술은 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 주관하는 ‘2017년 10대 나노기술’로 선정됐다. 2018년에는 생체이온의 신호전달 메커니즘을 모방한 인공 촉각세포를 구현해 넓은 압력 범위에서도 기존 소재보다 약 30배 이상의 민감도를 갖춘 이온트로닉 전자피부 소재 개발에 성공했다. 나아가 압력의 세기로 동력장치의 가속과 방향을 동시에 제어할 수 있는 무인비행체용 실감형 웨어러블 컨트롤러 시제품 개발에도 성공해 지난해 1월 미국 ‘CES 2019(세계 가전·정보기술(IT)전시회)’에 전시했다. 김 교수는 “당시 촉각 플랫폼과 드론 등을 제어할 수 있는 실감형 웨어러블 마이크로컨트롤러 시제품도 발표했다”며 “가속도와 방향제어가 일체화된 신개념 촉각 인터페이스의 가능성을 보여준 사례”라고 말했다. /고광본선임기자 kbgo@sedaily.com


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