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연구성과 사례
占쏙옙占쏙옙占쏙옙 완전 무인 자율주행, 특장차부터 시작된다. |
占쏙옙占쏙옙占� 매일 입는 섬유, 스마트를 더하다 |
占쏙옙占쏙옙占쏙옙 불모지였던 의료기기 제조산업, 뿌리 기술로 그 기반을 세우다. |
매일 입는 섬유, 스마트를 더하다
한국생산기술연구원 융합기술연구소 섬유연구부문 고재훈 수석연구원
스마트폰의 등장은 혁명이었다. 지금의 우리는 스마트폰 없는 삶을 상상하기 힘들어졌다. 하지만 이제 휴대폰뿐만 아니라 우리가 사는 집도, 매일 입는 옷도, 의료기기까지도 스마트해지는 세상이 오고 있다. 섬유형 압력센서 기반의 스마트홈케어, 웨어러블기기 연구로 다가올 미래를 준비하고 있는 생기원 섬유연구부문 고재훈 수석연구원을 만나 이야기를 나눠봤다.
한국생산기술연구원 융합기술연구소 섬유연구부문 고재훈 수석연구원
스마트 섬유 제품의 핵심, 전도성 섬유 압력센서
옷소매나 가방을 가볍게 톡톡 터치했을 뿐인데 음악이 재생되고 전화를 받는다. 영화 속 장면 같지만, 아직 대중화되지 않았을 뿐 이미 현실이다. 구글은 리바이스와 합작해 2019년 스마트 재킷을 출시했다. 스마트재킷이란 옷소매에 센서를 부착해 스마트폰을 제어할 수 있는 의류를 말한다.
이 스마트재킷에서 빠질 수 없는 부품이 바로 ‘전도성 섬유 압력센서’다. 터치 같은 외부 압력을 전기 신호로 전환해주는 핵심 역할을 수행한다. 이 때 섬유 재질로 터치패드 센서를 만들면 부드럽고 유연해 옷을 입고 있을 때 불편함이 줄어든다. 하지만 기존의 전도성 섬유는 전기적 특성이 표면 전체에 고르지 못해 품질이 떨어지고 더 얇고 부드럽게 만드는 데에도 한계가 있어 상용화에 어려움이 있었다.
나노기반 전도성 섬유
이에 먼저, 고재훈 수석연구원 연구팀은 6년간의 섬유-전자소재 융합연구 끝에 ‘나노 기반 전도성 섬유’ 소재기술을 독자 개발해냈다. 이 소재는 탄소섬유 복합 부직포, 탄소나노튜브(MWCNT, Multi-Walled Carbon NanoTube), 폴리우레탄(TPU) 나노섬유 총 3층으로 구성된 혼합 섬유다. 굉장히 얇으면서도 극세사만큼 부드럽다는 점이 특징이다.
개발한 전도성 섬유의 제작공정은 생각보다 간단하다. 먼저 기본 층을 이루는 탄소섬유 복합 부직포 위에 탄소나노튜브를 수십㎚ 두께로 뿌리고 그 위에 나노섬유를 방사하면 된다. 이 때 나노섬유 사이사이에 기공이 형성되어 소량의 탄소나노튜브만 사용하더라도 전기적 특성이 우수해져 센서로서의 성능이 구현된다. 고재훈 수석연구원은 접착제 없이 탄소나노튜브 코팅 섬유를 제조했을 뿐만 아니라, 피부에 직접 닿는 TPU 나노섬유를 일반 섬유소재의 100분의 1 정도로 극세화하여 부드러움을 극대화했다고 덧붙였다.
나노기반 전도성 섬유와 커넥터를 결합한 스마트 가방 시제품
나아가, 연구팀은 전도성 섬유와 스마트폰을 무선 연결해줄 ‘초소형 커넥터’도 함께 개발했다. 의류에 단추 크기의 커넥터를 부착하면 스마트폰과 블루투스로 연결돼 통신이 가능해진다. 고재훈 수석연구원은 스마트 의류 제품의 포인트가 바로 ‘초소형’에 있다고 말한다.
개발한 단추 타입의 초소형 커넥터
“패션산업에 스마트를 입히기 위해선 커넥터의 크기가 중요합니다. 커넥터가 커지면 아무래도 옷 고유의 디자인과 편안함을 해치기 때문이죠. 커넥터를 단추 크기로 소형화하는 한편, 원활한 세탁을 위해 탈부착이 쉬운 구조로 제작했습니다. 섬유형 터치패드와 결합된 커넥터는 휴대폰과 연동되어 다양한 기능을 수행할 수 있습니다.”
이렇게 개발한 ‘나노 기반의 전도성 섬유’와 ‘초소형 커넥터’를 바탕으로 전도성 섬유 압력센서가 만들어졌다. 연구팀은 기술개발에 그치지 않고 여러 중소기업들과 함께 실제 제품에 적용하기 위해 힘을 쏟고 있다. 기존의 전도성 섬유 제품들이 최종 제품 사양과 연결되지 못해 결국 시장에서 외면 받았다는 점을 교훈으로 삼은 것이다.
모듈형 센싱 바닥재만 있으면 스마트 홈케어 OK
최근 세계적으로 1인 가구 비중이 늘어나면서 ‘고독사’가 새로운 사회문제도 떠오르고 있다.“홀로 사는 65세 이상 고령자 가구 수가 급증하면서 고독사 문제가 심각해지고 있습니다. 요즘같이 전염병 사태가 지속될 경우, 사회복지사의 부재가 길어지게 되고 관리도 더욱 어려워지죠. 독거노인 가구를 위한 스마트 홈케어가 필요한 시점입니다. 매트 전문기업 C기업과 개발한 ‘모듈형 센싱 바닥재’가 이를 뒷받침해줄 겁니다.”
정사각형으로 만들어진 ‘모듈형 센싱 바닥재’ 아래에는 전도성 섬유 압력센서가 넓게 깔려 있다. 여러 바닥재를 블록처럼 서로 연결해 방 전체를 채우면, 스마트 홈케어 시스템 기반이 구축되는 것이다. 방 안의 거주자가 걸음을 디딜 때마다 센서가 작동하고, 관리자는 모니터나 스마트폰에서 발자국과 그 궤적을 확인할 수 있다.
모니터가 모듈형 센싱 바닥재에 가해지는 발자국을 보여주고 있다.
“모듈형 센싱 바닥재를 사용하면 고령 거주자의 이탈, 낙상, 고독사, 수면정보 등을 파악할 수 있어 홈케어가 가능해집니다. 특히 고독사 위험 정보는 일정시간 압력이 감지되지 않았을 때 시간에 따라 주의, 위험, 긴급으로 나뉘어 알림을 주죠. 일반 1인 가구의 경우, 활동량, 수면 정보, 화장실 정보 등을 제공하여 건강이상 감지 및 케어로도 활용할 수 있습니다.”
모듈형 센싱 바닥재는 바닥 압력을 활용한 비영상 기반 기술이기 때문에 영상 기반 기술에 비해 사생활 침해를 최소화할 수 있단 것도 장점이다. 현재 사생활 보호를 중요시하는 북유럽의 요양원에서는 이미 이 방식을 적극 활용하고 있다고 한다. 현재 연구팀과 협력중인 C사는 시제품을 보완해 2023년경 시장에 선보인다는 계획을 갖고 있다.
이젠 척추측만증 교정기도 스마트 의류로 입는 시대
어린 학생들과 사무직 직장인들은 의자에 앉아있는 시간이 하루 중 대부분을 차지한다. 하지만 오랜 시간 앉으면, 무의식적으로 다리를 꼬거나 양반다리를 하게 되면서 허리가 점점 한 쪽으로 휘게 될 가능성이 있다. 척추측만증이라고 알려진 이 증상은 이제 현대인의 고질병이 됐다.
척추측만증 치료를 위해선 자세를 바로 잡아주는 교정기 상시 착용이 필요하다. 교정기는 몸에 석고를 붙여 형태를 잡고 그대로 맞춤 제작한다. 이 과정은 최소 2주 정도 소요되는데, 성장기 아이들의 경우 자랄 때마다 교정기를 다시 제작해야하는 번거로움이 있다. 또 몸의 모양대로 석고를 뜰 때마다 사춘기의 아이들의 경우 수치심을 느낄 수 있다는 단점도 있다. 이에, 척추교정 전문기업 V사는 의복형 교정기를 고안했고, 연구팀과 협력해 시제품에 스마트 섬유 압력센서를 적용하는 방향으로 제품 완성도를 높이고 있다.
척추측만증 의복형 교정기에 접목된 압력센서
“의복형 교정기는 허리가 움직이지 않게 잡아주는 것이 중요합니다. 교정기의 압박 조절장치에 압력센서를 부착하면, 조임 정도가 사용자의 스마트폰에 1~10까지의 숫자로 나타나게 됩니다. 사용자는 상황에 맞춰 정밀하게 조임을 조절할 수 있고 그 세기와 착용시간도 자가 측정할 수 있게 됩니다. 의사 역시 홈케어링 및 진료 참고자료로 삼을 수 있습니다.”
이 성과는 V사의 민간수탁을 받아 이루어진 협력 사례로, V사는 내년 하반기 출시를 목표로 마무리에 박차를 가하고 있다.
뛰어난 성능의 전도성 섬유와 작지만 똑똑한 커넥터의 만남. 스마트폰이 우리 삶에 스며든 것처럼, 스마트 의류 및 홈·헬스 케어 제품들도 가까운 미래에 자연스럽게 사용하고 있을 것이다. 안전하고 건강한 삶을 위해 소재개발부터 제품 적용까지 전 단계에 거쳐 연구개발에 매진하고 있는 고재훈 수석연구원의 연구가 주목받아야 할 시점이다.