화학과 전자기술이 만든 차세대 디바이스, 전자피부

 

최근 스마트워치는 심박수, 심전도, 칼로리 소모 수 등을 측정해주고 스트레스 지수까지 측정해주는 건강관리 웨어러블 디바이스로 진화하고 있는데요. 스마트워치의 진화와 함께 발달하고 있는 기술이 바로 석유화학 소재를 기반으로 한 ‘전자피부’ 기술입니다.

 

전자피부는 피부 인식 센서를 통해 우리 몸의 상태를 바로 알려주는 역할을 해 헬스케어와 의료기기 등의 분야에서 차세대 디바이스가 될 것으로 기대를 모으고 있는데요. 전자피부란 무엇이고 앞으로 어떻게 진화해나갈지 살펴보았습니다.

 

 

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전자피부란?
 

전자피부는 외부신호를 받아들이는 감지 소재와 신호의 전달 및 증폭을 담당하는 트랜지스터와의 결합을 통해 사람 피부 기능을 그대로 모사한 플렉서블 전자소자입니다.

 

사람의 피부는 수직압력, 인장력, 진동, 유체의 흐름 등 다양한 감각을 인식할 수 있고 또한 상처에 자연적으로 치유할 수 있는 능력이 있는데요. 따라서 사람 피부처럼 다양한 방향의 압력을 인식하고 외부 충격에 의한 손상을 입은 후에도 원상태로 회복할 수 있는 전자피부에 대한 연구개발이 이뤄지고 있습니다.

 

 

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생체신호감지하는 전자피부 기술
 

 

전자피부는 간단히 붙이는 패치만으로도 심전도, 혈압, 동맥 산화도, 땀 성분 등을 쉽고 빠르게 측정할 수 있게 해주는데요. 무엇보다 실시간으로 상태를 체크해주어 굳이 병원에 가지 않아도 진단이 가능하다는 것이 큰 장점입니다.

 

최근에는 땀을 분석해 건강상태를 측정하고 분석할 수 있는 전자피부 기술이 개발됐는데요. 땀 속에 있는 포도당, 젖산, Na+, K+ 이온 농도를 분석해 스마트밴드 또는 스마트폰을 통해 실시간으로 전달하는 방식입니다. 

 

전자피부 시스템을 구현하기 위해서는 외부 감각을 감지하는 ‘플렉서블 센서 어레이’와 이를 유효한 데이터로 처리할 수 있는 ‘데이터 처리 회로’, 그리고 이를 전송하는 ‘통신 회로’가 통합되어야 합니다. 또한 사용자의 편안한 착용감을 위해 실제 피부처럼 부드러움과 신축성을 필요로 합니다. 따라서 그 소재에 대한 연구도 함께 이뤄지고 있습니다.

 

 

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사람 피부를 모방한 전자피부 소재

 

 

전자피부에 사용되는 전자재료들의 주 원료는 고분자, 즉 ‘플라스틱’입니다. 고분자 전자재료는 다양한 기능성과 응용력으로 차세대 전자피부를 위한 재료로 주목받고 있는데요. 초기 전자피부는 카본블랙, 흑연 파우더와 같은 전도성 탄소입자와 탄성과 유연성을 지닌 실리콘고무 종류인 PDMS(polydimethylsiloxane)에 혼합해 만들어졌습니다. 하지만 미세한 압력변화를 감지할 수 없는 단점이 있었습니다.

 

최근에는 탄소나노튜브, 금속 나노와이어와 같은 전도성 나노소재를 기반으로 한 전자피부가 제작되고 있는데요. 전도성 소재의 표면 미세구조 제어를 통해 민감도와 감지구간을 증가시키는 연구들이 진행되고 있습니다.

 

지난 2019년 9월, 국내 연구팀이 사람 촉각세포를 모방한 전자피부 소재를 개발했는데요. 폴리우레탄 고분자에 동그란 모양의 실리카 입자를 넣어 인공 세포막을 만들어 기존 전자피부 소재와 비교해 약 30배 높은 민감도를 구현해 냈습니다.

 

 

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스스로 치유하는 슈퍼피부의 등장

 

 

영화 속 히어로 영화를 보면 멀리 떨어진 곳의 소리를 듣고, 상처가 나도 저절로 치유가 되는 모습을 볼 수 있는데요. 바로 이와 같이 감각을 느끼고 상처를 치유할 수 있는 전자피부, 즉 슈퍼피부 기술이 개발되어 주목받고 있습니다.

 

경희대학교 오진영 교수 연구팀은 외부 자극에 대해 민감하게 반응하고, 스스로 치유가 가능한 반도체 필름으로 만든 신축성 전자피부를 개발했는데요. 고무와 반도체를 섞은 이 전자피부는 사람 피부처럼 늘어나고 스스로 상처를 치유할 수 있는 셀프힐링 기능을 지니고 있습니다. 감각기능이 떨어진 노인들에게 적용하거나, 로봇의 피부 안에 삽입해 손상이 되도 스스로 붙게 할 수 있습니다.

 

고도의 첨단 산업의 발전과 함께 헬스케어에 대한 관심이 높아지고 있는데요. 휴대 가능한 의료 진단용 도구 및 몸이 불편한 사람들을 위한 보조 장비, 피부부착형 건강진단 패치 등 의료 디바이스뿐만 아니라 터치스크린, 스마트워치 등 첨단 전자제품 개발에도 적용되고 있습니다. 화학과 전자기술이 결합돼 등장한 전자피부가 앞으로 어떤 모습으로 등장할지 기대됩니다.

 

 

 

 

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