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기업지원성과 사례
占쏙옙占쏙옙占쏙옙 시편 제작과 전처리 가능한 소형 플라즈마 클리너 개발 |
占쏙옙占쏙옙占� 탄소나노튜브와 고분자를 결합한 고감도 저비용 압력 센서 개발 |
占쏙옙占쏙옙占쏙옙 실시간으로 모션과 영상을 동기화한 VR 시뮬레이터 기술 구현 |
기술지원기업 : ㈜스마트솔루션
연구책임자 : 대경지역본부 항공시스템기술그룹 정대웅 선임연구원
센서기술의 발달로 실시간 생체 신호를 감지할 수 있는 의복이나 신발 제작이 가능해졌다. 국내외 아웃도어 브랜드들이 센서기술을 접목한 고기능성 스포츠웨어를 출시하고 있는 상황이다. 이제 센서는 주거 공간이나 자동차를 넘어 의류 및 액세서리로 활용 범위가 확장되고 있다. 이에 따라 정밀하고 유연한 압력 센서의 수요 또한 커지고 있다.
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탄소나노튜브를 이용한 압력 센서 개발
센서기술은 기초 소자 연구가 중요하다. 기초 소자 연구를 바탕으로 응용 소자의 기술 개발이 가능하기 때문이다. 항공시스템기술그룹 정대웅 연구원이 주목한 것은 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT)이다. 탄소나노튜브는 전기전도성이 뛰어나고 표면적이 넓어 투명전도필름, 터치패널 등 다양한 제품에 사용된다. 압력이 가해지면 탄소나노튜브의 기존 물리적 배열이 변하면서 전기적 신호가 변하는 성질을 이용한다.
“나노소재 관련 기술은 미국, 일본, 유럽 등과 비교해도 뒤지지 않습니다. 다만 기술 상용화를 위한 원천기술 확보 측면에서 아직 부족하죠. 센서 제작 공정과 비용이 안정적이어야 하는데, 그 조건이 맞지 않아 국내 기업 대부분이 센서를 수입해 쓰는 형편입니다.”
정 연구원은 한국이 나노소재를 이용해 센서를 만드는 기술력은 우수하지만, 상용화에 필요한 양질의 센서 원천기술을 보유하지 못한 현실이 아쉬웠다. 고분자와 탄소나노튜브를 이용해 쉽고 편하게 압력 센서를 만드는 기술을 개발할 수 있었던 것도 상용화에 초점을 맞춰 연구를 진행한 결과이다.
▲센서가 장착된 신발 깔창 시제품을 살펴보고 있는 정대웅 선임연구원(우)과 서호영 대표(좌) ⓒ한국생산기술연구원
신발 깔창과 압력 센서가 만나다
IT기술을 결합한 센서 제작 전문 회사인 ㈜스마트솔루션의 서호영 대표는 기능성 스포츠웨어 시장을 겨냥해 압력 센서를 장착한 신발 깔창 개발을 진행해왔다. 대부분의 기업들이 수입 센서를 수입해 사용하는 현실을 고려해 용도에 최적화된 고감도 센서를 만들기로 하고, 정 연구원을 만나 기술적 도움을 받을 수 있었다.
사실 신발은 압력 센서를 적용하기에 까다로운 제품이다. 일반적인 압력 센서의 작동 원리는 0의 상태에서 외부로부터 힘이 가해져 센서가 압력을 인식하는 방식이다. 하지만 신발의 경우 체중에 의한 압력이 가해질 때가 0의 상태이고, 발을 지면에서 뗄 때 순간적으로 압력이 줄어든다. 그러고 나서 다시 발을 딛을 때 압력이 기본 상태의 약 두 배까지 증가하기 때문에 센서가 측정해야 하는 범위가 일반 압력 센서와 다르다. 이런 이유로 더욱 정밀한 센서 제작 기술이 요구된다.
정 연구원과 서 대표가 힘을 합쳐 개발한 압력 센서는 폴리우레탄(PU)의 넓은 표면적에 탄소섬유와 그래핀, 탄소나노튜브 등 나노소재를 코팅한 센서이다. 정 연구원은 “나노소재만 사용하면 표면적이 상대적으로 좁기 때문에 외부 압력을 정밀하게 측정하는 데 한계가 있다. 고분자 자체가 표면적이 넓은 만큼 외부 압력에 대한 감도를 향상시켜 보다 정밀한 측정이 가능해진다.”라고 설명했다.
폴리우레탄의 역할도 중요하다. 폴리우레탄은 스폰지처럼 기공이 많은 폼(Foam)이다. 기존에는 넓은 표면적을 만들기 위해 설탕, 소금 등 물에 녹는 물질을 폼에 삽입해 기공을 만들었다. 하지만 이런 방식은 시간이 오래 걸리고 제작 과정도 번거로워 자체에 기공이 있는 폴리우레탄 폼에 전도성 탄소나노튜브를 코팅하는 기술을 개발, 공정을 단축할 수 있었다.
▲센서를 장착해 압력을 측정할 수 있는 신발 깔창 시제품. ⓒ한국생산기술연구원
다양한 제품군에 사용 가능한 센서
고분자 탄소나노튜브를 이용한 센서 제작기술을 적용하면 공정단가를 약 50% 줄일 수 있다. 게다가 원하는 모양, 원하는 크기로 손쉽고 다양하게 제작할 수 있어 다품종 소량생산이 가능하다.
이렇게 제작된 센서를 신발 깔창에 장착할 경우 착용자의 생체신호와 보행습관을 측정할 수 있고, 이 데이터를 신체활동 모니터링, 자세교정 등에 활용할 수 있다. IoT기술과 융합해 다양한 제품에 활용할 수 있는 잠재성도 높다.
정 연구원은 고분자 탄소나노튜브를 이용한 압력 센서의 내구성과 유연성을 향상시켜 제품의 신뢰도를 높이는 연구를 진행하고 있다. 센서 제작 원천기술을 바탕으로 가스감지 시스템, 자동차, 우주, 항공, 국방, 공장 자동화, 환경 모니터링 등 다양한 산업 분야에서 활용되는 맞춤형 센서를 만들 계획이다. 센서기술이 가져올 변화가 어디까지 확장될지 궁금해진다.