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[2026.02.11] 땀으로 혈당 재는 센서, 레이저로 한 번에 '만든다

땀으로 혈당 재는 센서, 레이저로 한 번에 '만든다'- 마스크 공정 없는 레이저 패터닝 기술로 복잡한 공정 줄여- 18배 높은 감도, 10만 회 굽혀도 성능 유지 □ 당뇨 환자는 하루에도 수차례 손가락을 찔러 혈당을 측정하지만, 통증과 감염 위험이 따르고 일상에서 수시로 측정하기 어렵다.ㅇ 이 때문에 침이나 땀으로 혈당을 측정하는 비침습 센서 개발이 활발한데, 전극 제작용 틀(마스크)을 만들고, 노광 및 식각 공정을 거쳐야 한다. ㅇ 설계를 바꾸려면 처음부터 다시 틀을 만들어야 하는 과정도 번거롭다. ㅇ 더욱이 포도당을 감지하는 효소는 열과 빛에 쉽게 변질되는 특성 때문에 장기간 사용할 경우 성능이 떨어진다. □ 한국생산기술연구원(원장 이상목, 이하 생기원)과 한양대학교(총장 이기정, 이하 한양대) 공동 연구팀이 마스크 공정 없이 제작할 수 있는 비효소식(Non-enzymatic) 포도당 센서기술을 개발했다. ㅇ 생기원 신산업부품화연구부문 양찬우 박사 수석연구원과 한양대 재료화학공학과 이화성 교수 연구팀은 레이저를 이용해 전극을 직접 형성하는 방식으로 땀 기반의 혈당 센서에 적용할 수 있는 전극 구조와 제작기술을 개발했다고 밝혔다. □ 연구팀은 기존의 복잡한 공정을 거치지 않고 전극을 제작하기 위해 레이저로 원하는 전극 모양을 직접 그려내는 패터닝 기술을 개발했다.ㅇ 먼저, 산화주석(SnO₂) 나노입자를 섞은 플라스틱 소재에 레이저를 조사해 내부 산화주석을 표면에 노출시키고, 이를 구리 용액에 담가 레이저를 쏜 부분에만 구리가 붙어 전극이 만들어지도록 했다.ㅇ 이어 구리 전극의 산화를 막기 위해 니켈과 금을 차례로 입혀 3중 구조의 보호막을 만들었다. ㅇ 레이저 조사로 울퉁불퉁해진 표면은 포도당과 닿는 면적이 넓어져 감지 기능이 크게 향상되는 것으로 나타났는데, 이 기술을 활용하면 고온 처리나 진공 장비 없이도 휘어지는 플라스틱 기판에 직접 적용할 수 있고, 전극 모양을 바꿀 때도 컴퓨터에서 레이저 경로만 수정하면 된다. □ 연구팀은 이러한 방식으로 제작한 전극 위에 효소 대신 금속 촉매를 사용하는 비효소식 센서를 구현했다.ㅇ 단백질 촉매인 효소는 열에 약해 레이저 공정 적용이 어렵지만, 금속 촉매는 고온에서도 안정적이어서 레이저 공정과 결합이 가능하다.ㅇ 연구팀은 전극에 백금(Pt)과 탄소 복합체를 도포해 포도당 감지 층을 형성하고, 이를 통해 금속 촉매가 땀 속 포도당과 직접 반응해 전기 신호를 만들어내는 센서를 구현했다. □ 실험 결과 제작된 센서의 포도당 검출 민감도는 상용 전극 대비 약 18배* 높은 것으로 나타났다. * 포도당 검출 민감도 : 16.3±1.40㎃ mM⁻¹ cm⁻², 상용 전극 민감도 : 0.92±0.10㎃ mM⁻¹ cm⁻²ㅇ 해당 센서는 굽힘반경 5㎜ 조건에서 10만 회 반복 굽힘 시험을 거친 결과, 전기 저항 변화가 웨어러블 센서의 내구성 기준인 25% 이내로 확인됐다. □ 개발된 성과는 생기원 뿌리분야 대표과제와 한국연구재단 중견연구(창의연구형) 과제를 통해 창출됐으며, 지난해 12월 바이오 소재 및 센서 분야의 세계적 학술지‘ACS Applied Bio Materials’온라인판에 게재됐다.* 논문 제목 : Mask-Free Laser-Defined Nonenzymatic Glucose Biosensors for High-Sensitivity and Durable Monitoring (doi.org/10.1021/acsabm.5c01950) □ 양찬우 수석연구원은 “마스크 공정 없이 레이저만으로 고감도·고내구성 땀 혈당 센서를 구현했다”라고 설명하며, “비침습 당뇨 모니터링 기술과 웨어러블 헬스케어 플랫폼으로 발전시켜 나갈 계획”이라고 밝혔다.

[2026.02.05] 150톤급 지능형 대형 크롤러 크레인 국산화

150톤급 지능형 대형 크롤러 크레인 국산화- 4대 핵심 요소기술 개발, 시험운용 후 기술 표준화- 비전 기반 안전관리 시스템 적용, 운전자에게 위험 경고해 사고 예방 □ 크롤러 크레인(Crawler Crane)은 150톤급 이상의 대형 건설·토목 공사 현장에서 중량 구조물을 인양하거나 설치하는 데 사용되는 장비로, 사고 발생 시 중대재해로 이어질 위험성이 높다.ㅇ 특히 험지의 비정형 작업 환경에서 지반 상태 변화, 하중 이동 등 다양한 변수가 동시에 발생할 경우 이를 종합적으로 모니터링 할 수 있는 기술이 부족해 주로 운전자의 숙련도와 현장 판단에 의존하는 실정이다.ㅇ 더욱이 150톤급 이상의 크롤러 크레인은 일본·독일 등 해외에서 수입된 중고 장비가 주를 이루고 있어 노후화 문제가 지적되고 있다. □ 한국생산기술연구원(원장 이상목, 이하 생기원)과 한국건설기계연구원(이하 한건연), 관련 기업들로 구성된 공동연구팀이 비전 기반의 지능형 안전관리 시스템이 적용된 150톤급 크롤러 크레인을 국내 최초로 개발했다. ㅇ 공동연구팀은 대형 크롤러 크레인을 자체 설계·개발하고, 안전관리 기능에 초점을 맞춘 지능형 제어기술을 적용해 수입에 의존해 온 관련 시장에서 글로벌 경쟁력을 갖추게 됐다고 밝혔다.ㅇ 이번 성과는 산업통상부의 기계장비산업기술개발사업의 지원을 받아 생기원, 한건연, 지이산업(주), ㈜플렉스시스템, (사)한국크레인협회, 성보P&T(주)으로 컨소시엄을 구성해 개발됐다. □ 생기원은 크레인 작업 중 발생 가능한 위험 상황을 사전에 인지할 수 있는 지능형 안전관리기술 개발을 주도했다.ㅇ 모빌리티·로봇시스템그룹 김병학 수석연구원 연구팀은 이를 위해 크레인 작업 공간 내 작업자와 인양물, 구조물 등의 주요 객체를 3차원으로 인식하고, 이들 간 거리를 추론하는 3차원 작업환경 인식 AI 알고리즘 개발을 맡았다.ㅇ 개발된 알고리즘은 원거리용 전자광학 센서 시스템과 연계돼 약 0.3미터 수준의 거리 추론 정보를 제공할 수 있어, 크레인 운전자가 작업 중 근접 위험 상황을 인지할 수 있도록 지원한다. □ 한건연 이호연 설계최적화그룹 책임연구원 연구팀은 크레인 운용 중 장비 안정성을 판단하기 위한 전도·전복 예측 기술을 개발했다.ㅇ 전도·전복 예측 알고리즘은 크레인에 탑재된 각종 센서 데이터를 활용해 하중 상태와 장비 자세 변화를 분석할 수 있도록 개발되어 험지 운용 환경에서 크롤러 크레인이 안전하게 작업할 수 있는 사전 정보를 제공한다. □ 사업 주관을 맡은 지이산업은 ㈜플렉스시스템 함께 150톤급 크롤러 크레인을 설계·제작하고, 운용시험을 성공적으로 수행했다.ㅇ 크레인에는 생기원과 한건연이 개발한 통합 센서 및 제어 시스템, 전도·전복 예측 알고리즘, 3차원 작업환경 인식 AI 기술, 통합 모니터링 시스템 등 4대 핵심 요소 기술이 통합 적용됐다. ㅇ 한국크레인협회에서는 현장 수요에 기반하여 개발된 기술의 표준화를 진행했다. □ 김병학 수석연구원은 “운전자가 작업 환경과 장비 상태를 정확하게 인지할 수 있도록 하는 데 초점을 맞춘 기술”이라고 설명하며 “크레인 전도 및 전복, 작업자 충돌, 구조적 휨 등의 중대재해 사고를 예방할 수 있다”고 말했다.ㅇ 총괄 주관기관인 지이산업 신대수 대표는 “국내 기술로 150톤급 크롤러 크레인을 설계·개발하고 안전관리 시스템을 통합 적용했다는 점에 의미가 있다”며 “건설 현장에서 발생하는 대형 안전사고를 줄이고, 수입 대체 효과도 거둘 수 있는 기술”이라고 밝혔다.

[2026.01.22] 긁힘에도 10초 이내 복구되는 자가치유 코팅 소재 개발

긁힘에도 10초 이내 복구되는 자가치유 코팅 소재 개발- 고경도, 빠른 자가치유, 20만 회 이상 유연 신뢰성 구현- 첨가제만 추가해 기존 생산 공정과 호환, 대량 생산도 용이 □ 한국생산기술연구원(원장 이상목, 이하 생기원)과 한양대학교(총장 이기정) 공동연구팀이 반복적인 긁힘과 접힘 환경에서도 표면 성능을 스스로 회복할 수 있는 고경도 코팅 소재 기술을 개발했다.ㅇ 생기원 녹색순환연구부문 홍성우 수석연구원과 한양대학교 화학공학과 고민재 교수 공동 연구팀은 손톱이나 동전으로 긁어도 흠집이 나지 않고, 상온에서 10초 이내에 긁힘이 복구되며, 20만 회 이상 접어도 손상 없는 코팅 소재를 개발했다고 밝혔다. □ 폴더블 디스플레이 표면은 외부와의 접촉이나 반복적인 접힘으로 인해 쉽게 눌리거나 긁힘이 발생한다.ㅇ 이러한 손상이 누적되면 화면의 선명도가 낮아지고, 터치 감도가 둔해져 제품 품질에 영향을 줄 수 있다.ㅇ 그런데 기존 디스플레이 표면 코팅은 표면을 단단하게 만들수록 손상 후 스스로 회복하는 능력이 떨어지고, 반대로 자가치유 성능을 높이면 긁힘에 대한 보호 기능이 제한되는 한계를 안고 있다. □ 연구팀은 이러한 트레이드 오프(Trade-off) 현상을 해결하기 위해 코팅 소재에서 표면과 내부의 역할을 분리하는 새로운 설계 방식을 도입했다.ㅇ 먼저, 표면으로 이동하려는 성질과 내부 고분자 사슬 간 상호 작용을 동시에 갖도록 설계한 이미드(Imide) 기반의 첨가제를 개발한 후 이를 기존 코팅 재료와 소량 혼합해 새로운 코팅 소재를 만들었다. ㅇ 개발된 첨가제는 코팅막이 굳어지는 과정에서 물 위의 기름처럼 스스로 표면 쪽으로 이동하며, 나노미터 크기로 뭉쳐 표면과 내부 성질이 다른 구조를 형성한다.□ 연구팀은 이 과정에서 나타난 특성을 통해 표면 보호 기능과 자가치유 기능을 동시에 구현하는 데 성공했다.ㅇ 코팅 표면에는 뭉쳐진 첨가제가 화학 물질과 잘 섞이지 않는 구조를 띠며 단단한 보호층을 이루기 때문에 긁힘 등 외부의 물리적 자극이나 화학 물질 노출로 인한 손상을 막아준다.ㅇ 또한 코팅 내부는 첨가제와 고분자 사슬이 강하게 상호작용하는 상태가 유지돼, 긁힘으로 벌어진 구조를 안쪽부터 메우며 상온에서도 표면의 흠집을 빠르게 회복시킨다. □ 개발된 코팅 소재는 자가치유 및 표면 보호 성능, 반복 굽힘 내구성, 화학적 안정성을 동시에 갖춘 것으로 나타났다.ㅇ 연필 경도 시험(Pencil Hardness Test)* 결과 4H 수준으로, 손톱이나 동전 등의 물질에 쉽게 긁히지 않고, 코팅 표면에 형성된 긁힘도 상온에서 약 10초 이내에 사라지는 것을 확인했다. * 표면을 연필로 긁는 경도 시험으로, 가장 무른 6B부터 가장 단단한 9H 단계로 나뉨 ㅇ 접힘 반경 1.5㎜ 조건에서 20만 회 이상 굽힘 시험을 반복하고, 톨루엔(Toluene)에 18시간 이상 담가두는 내화학성 시험에서도 균열이나 박리, 투명도 저하 없이 성능이 유지됐다. □ 개발된 첨가제는 특히 소량만 추가하면 되기 때문에 별도의 설비 투자나 공정을 변경하지 않고 기존 코팅 생산 공정을 적용할 수 있다는 장점이 있다.ㅇ 또한 유리, 플라스틱 등 다양한 소재의 기판에 코팅할 수 있어 여러 형태의 표면 보호 코팅 공정에 폭넓게 적용할 수 있다. □ 홍성우 수석연구원은 “이번 연구는 높은 경도, 자가치유 기능, 유연 신뢰성을 동시에 구현했다는 점에서 의미가 크다”고 설명하며, “특히 기존 생산 공정에 첨가제만 추가하면 구현할 수 있어 폴더블 디스플레이는 물론 자동차, 고부가 전자제품 등 다양한 표면 보호 코팅 분야로 활용할 수 있다”고 밝혔다. □ 한편 이번 연구 결과는 2025년 화학공학 분야 국제학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)’ 12월 온라인판에 게재됐다. * http://doi.org/10.1016/j.cej.2025.171854