국내 연구진이 체온만으로도 소재가 부드럽게 변하는 전자잉크를 세계 최초로 개발했다. 이 소재는 열전도율과 전기전도성이 높아 웨어러블과 의료기기, 로봇 분야에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다.
정재웅 한국과학기술원(KAIST) 전기및전자공학부 교수와 스티브 박 신소재공학과 교수 공동 연구팀은 체온으로 부드러워지면서 인체 친화적 바이오 전자소자로 사용할 수 있는 액체금속 기반 전자잉크를 세계 최초로 개발했다고 6일 밝혔다.
최근 웨어러블과 임플란트, 소프트 로보틱스 분야에서는 부드러운 사람 피부에 적용돼 건강을 확인하고 질환을 치료하는 기술이 활발히 연구되고 있다. 딱딱한 소재의 의료기기인 경우, 피부와의 강성 차이로 불편함이 느껴지거나 조직에 넣을 시 염증 반응을 일으킬 수 있다는 문제가 있다. 반면 소재가 부드럽기만 하면 이질감은 없지만, 정교한 조작이 어렵다.
연구팀은 상온에서는 단단해 정교하게 조작하면서도 피부에 이식한 뒤에는 부드럽게 변해 불편함을 줄이는 갈륨 기반 액체금속 전자잉크를 개발했다. 갈륨은 금속이지만 섭씨 29.76도의 미온에 녹는 점을 가져 고체와 액체 사이 변화가 가능한 물질이다. 연구팀은 기존 갈륨의 높은 표면장력과 낮은 점을 해결해 고해상도 프린팅이 가능한 전자잉크를 구현했다.
개발된 전자잉크는 상용회로도선 수준의 딱딱한 상태와 피부조직 정도의 부드러운 상태를 쉽게 오간다. 높은 열전도율과 전기전도성을 가져 인체조직처럼 움직이는 전자 회로를 만들 수도 있다. 연구팀은 3차원(D) 프린팅을 활용해 사용자 맞춤형 전자소자 제작도 가능하다고 설명했다.
실제로 연구팀은 전자잉크를 활용해 초박막 광 혈류측정 전자 피부 센서와 무선 광전자 임플란트 장치를 만들었다. 이 장치들은 상온에서는 딱딱하지만, 피부나 조직에 적용하면 부드럽게 변해 인체에 스트레스를 주지 않고 안정적으로 동작했다. 사용 후 몸에서 제거했을 때는 다시 딱딱한 형태로 변형돼 재사용도 가능하다.
정재웅 교수는 "체온에 반응해 강성을 변환할 수 있고 고해상도 프린팅이 가능한 전자잉크는 다목적 전자기기와 센서, 로봇, 의료기기 분야에 적용된다"며 "고정된 형태인 기존 전자기기의 한계를 극복해 다양한 새로운 가능성을 열 수 있을 것"이라고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단, 한국전자통신연구원(ETRI)의 지원을 받았다. 연구성과는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)'에 지난달 28일 게재됐다.
참고자료
Science Advances, DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.adn1186