[사이언스포럼]세계 최초 개발, 냄새 맡는 '전자피부'의 속살

김 도 환 숭실대 교수

최근 전자피부(e-skinㆍelectronic skin)에 대한 관심이 전 세계적으로 높아지고 있다. 전자피부는 사람이 입고 늘려도 끊어지지 않으면서 인간 피부와 비슷한 성질을 지니는 것을 말한다. 여기에 최첨단 기술이 더해지면서 인간 피부보다 더 똑똑한 기능을 자랑한다. 재질은 인간 피부와 거의 비슷해지면서도 기능은 인간 피부보다 훨씬 뛰어난 제품이 나오고 있는 상황이다. 응용할 수 있는 분야도 다양하다. 여러 가지 용도에 따라 전자피부는 차별화된다. 갈수록 이 분야에 대한 경쟁은 치열해질 것으로 전망된다.

스마트 시대에 입는 컴퓨터는 이미 대세가 됐다. 이런 측면에서 전자피부는 또 하나의 미래 기술력을 시험하는 분야가 될 것으로 전망된다. 전 세계적으로 전자피부에 대한 연구와 새로운 제품이 앞다퉈 나올 것으로 예상된다. 이런 가운데 국내 연구팀이 냄새 맡는 전파피부를 내놓았다.

앞으로 스마트폰이나 로봇이 우리 주변에서 유해가스가 발생하는 즉시 '냄새'를 맡아 알려주거나 접촉한 사람의 체온과 땀의 정보를 분석하여 건강상태를 체크해주는 일 등이 가능해질 것으로 전망된다.

최근 연구팀이 개발한 전자피부는 사람 피부의 다양한 기능을 유연한 전자소재 및 소자로 모방하는 인간 친화적 센서기술이다. 웨어러블(착용 가능한) 건강진단기기, 감각을 느끼는 촉각디스플레이, 다기능성 로봇 피부 등 응용 분야가 매우 다양하기 때문에 최근 많은 주목을 받고 있는 연구 분야 중 하나다.

그러나 국내외적으로 지금까지 보고된 전자피부들은 압력, 응력, 터치와 같은 촉각형 자극에 대한 민감성 향상에만 초점을 두고 있었다. 생리학적으로 촉각형 자극뿐만 아니라 온도와 습도변화를 복합적으로 감지하는 인간의 피부를 모방하는데 큰 한계점을 가지고 있었던 것이다.

더 나아가 사람의 피부가 감지하지 못하는 기능이 추가된 슈퍼피부는 최근 이슈가 되고 있는 연구 분야라고 할 수 있다. 갈수록 전자피부에 대한 새로운 기술들이 개발될 것으로 보인다.

최근 우리 연구팀이 개발한 전자피부도 이런 흐름의 현주소를 보여준다. 촉각, 온도, 습도는 물론 인간의 피부가 감지할 수 없는 다양한 유해가스 및 유기용매 등을 분별하는 후각 기능이 보완된 '냄새 맡는 전자피부'를 세계 최초로 개발했다.

연구팀이 개발한 전자피부는 '전기용량'이라는 특성을 이용한 것으로 전기용량이란 물체가 전기를 저장할 수 있는 능력을 말한다. 연구팀은 압력, 터치와 같은 촉각뿐 아니라 온도 및 습도, 유해가스 및 유기용매에 의해서도 전기용량이 변화한다는 점에 초점을 맞췄다.

연구팀이 개발한 냄새 맡는 전자피부는 신축성이 뛰어난 탄소나노튜브 섬유가 도체로 사용되고 투명하고 부드러운 고분자 탄성체가 부도체로 사 용된다. 제조된 소자는 휘어지고 늘어나는 피부로서의 특성을 가지면서도 지금까지 보고된 촉각 감지 중심의 전자피부와 달리 하나의 소자가 촉각과 후각을 동시에 감지 가능함을 확인하였다.

이번에 개발한 웨어러블 냄새 맡는 전자피부는 미세한 물리적 변형(압력ㆍ응력)에 의한 전기용량의 변화를 감지할 수 있을 뿐만 아니라 터치 혹은 유해가스 및 유기용매의 미세한 변화를 감지하여 사용자 주변 환경 및 사람의 체온과 땀의 수소이온농도지수(pH) 정보와 같은 생체신호를 진단할 수 있다.

이 같은 장점으로 차세대 플렉시블 디스플레이, 극한 환경 및 사고 감지용 스마트 로봇피부 등 인간 친화적 전자기기 구현을 위한 원천기술로 응용되어 큰 부가가치를 창출할 것으로 기대된다.