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연구성과 사례
占쏙옙占쏙옙占쏙옙 열전도도 600W/mK급 세계 최고 수준의 메탈하이브리드 방열소재 개발 |
占쏙옙占쏙옙占� 홈케어링 시스템 시대 열 섬유형 압력 센싱기술 개발 |
占쏙옙占쏙옙占쏙옙 산업 미세먼지 저감을 위한 금속 구조체 기반 SCR 촉매 제조기술 개발 |
연구책임자 : 스마트섬유그룹 고재훈 수석연구원
센서가 4차 산업혁명의 핵심 부품으로 떠오르면서 시장을 선점하기 위한 글로벌 기업들의 움직임이 빨라지고 있다. 안전성과 편의성에 대한 요구에 발맞춰 첨단 센서 및 섬유형 센서의 비중이 급속히 늘어날 것으로 예상된다. 섬유형 압력 센싱기술을 이용하면 각 가정에서 개인의 건강 상태를 기록하고 전송할 수 있는 홈케어링 시스템을 구축할 수 있다.
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100% 섬유형 압력 센서 개발
평범한 섬유처럼 보이지만 손이나 발 등으로 힘을 가하면 압력이 가해지는 위치와 강도가 모니터에 그림과 수치로 정확히 표시된다. 압력을 전기적 신호로 변환시키는 센싱기술이 적용된 ‘스마트 섬유’이다.
스마트섬유그룹 고재훈 수석연구원 팀은 최근 주목받고 있는 전도성 섬유 제조기술과 팀에서 보유하고 있는 새로운 기술을 융합해 전극과 센서가 100% 섬유인 압력 센싱기술 개발에 성공했다.
삼층형(Three Layer)으로 구성된 섬유형 압력 센서는 위 아래층에 상하전극의 고전도성 섬유를 격자모양으로 배열하고, 중간층에 수 킬로옴(ohm:Ω, 저항의 단위)에서 수 메가옴 정도의 저항 값을 띠는 중전도성 섬유를 끼운 것이 특징이다. 즉 전기가 잘 흐르는 섬유 사이에 높은 저항 값을 가진 중전도성 섬유를 끼운 것이다. ‘전도성 섬유’라고 하면 무조건 전도성이 높아야 한다고 생각하기 쉬운데, 일정 수준의 저항 값을 가진 중전도성 섬유가 우수한 성능을 가진 센서 역할을 할 수도 있다는 사고의 전환이 기술 개발의 시작이었다.
“압력을 주었을 때 가운데 있는 중전도성 섬유가 지닌 저항 값을 통해 신호가 증폭되는 효과를 볼 수 있습니다. 압력을 가했을 때 나타나는 강도의 편차가 너무 작다면 이용자가 구분하기 어렵기 때문에 큰 저항 값을 이용해 인식하기 쉽도록 한 것이죠.”
핵심기술인 중전도성 섬유, 즉 중간층(Middle Layer)에는 전도성 고분자를 표면에 중합해 전압을 띠게 하는 기술과 탄소 코팅기술 등이 적용됐다. 전도성 원단을 사용해 센서를 만든 사례가 아직 없다는 점에서 이번 성과가 특별하다고 할 수 있다. 고 수석연구원 팀은 중간층과 센서 구성기술을 합쳐 통합특허를 낼 계획이다.
최근 전도성 원단 가격이 하락해 제조단가를 줄일 수 있는 것도 매력적이다. 고 수석연구원은 기술이 상용화될 경우 시판 중인 외산 제품보다 20% 이상 낮은 가격에 판매 가능할 것으로 내다봤다.
홈케어링 시스템의 출발
섬유형 압력 센싱기술은 1인 가구 증가와 고령화 사회에 대비하는 홈케어링 시스템 구축에도 유용하다.
“더 큰 목표는 지속적 돌봄이 필요한 환자나 노인 등을 위한 모니터링 시스템을 만드는 것입니다. 압력 센서를 보다 정밀화해 맥박, 심전도, 체온 등 생체인식이 가능하도록 한다면 환자의 상태를 주기적으로 기록할 수 있고, 그 데이터를 주치의에게 전송함으로써 실시간 대응이 가능하게 될 것입니다.”
목표를 향한 첫 번째 시도가 바로 체압 분석용 매트이다. 현재 국내 침대 회사들 중 몇 곳은 자사 매트리스에 압력 센서를 부착한 시스템을 갖추고 개인별 체형에 맞는 매트리스를 제안하는 서비스를 제공 중이다. 하지만 외산 압력 센서와 소프트웨어를 합친 가격이 천만 원이 넘어 일반 가구 소매점에서 구매하기는 어려운 실정이다. 이번에 개발한 기술이 상용화되면 외산보다 훨씬 저렴하고 성능이 우수한 체압 분석용 매트를 보급할 수 있다.
이와 함께 코골이 방지 베개도 개발 중이다. 인공지능을 적용한 코골이 인식 알고리즘 개발에 성공한 것인데, 개발이 완료되면 체압 분석용 매트와 함께 홈케어링 시스템을 확장하는 계기가 될 것으로 기대된다.
“홈케어링 시스템을 비롯해 섬유형 압력 센서를 활용할 수 있는 분야는 상당히 많습니다. 얼마 전 기업에서 태권도 시합용 호구 개발을 요청해왔고, 최근에는 정보통신부 과제로 척추교정기용 원격 모니터링-분석 시스템 개발 사업이 선정되기도 했습니다.”
그동안 압력 센서가 다양한 분야에 적용되지 못했던 것은 주로 필름이나 종이로 만들어져 사용하기에 불편하고 활용 범위가 제한적이었기 때문이다. 하지만 고 수석연구원 팀이 개발한 섬유형 압력 센서는 높은 유연성과 범용성, 즉 부드럽고 가벼우며 유연한데다 자르기 쉽고 세탁이 용이한 섬유의 특성을 그대로 지니고 있어 더 많은 분야에서 활용 가능할 것으로 전망된다.