신축성과 전도도가 높은 소프트 전도체를 자유롭게 그리는 신개념 삼차원 프린팅 기술이 개발됐다. 이 연구 성과는 네이처 일렉트로닉스 (Nature Electronics, IF 33.255)에 표지논문으로 21일 게재됐다.

과학기술정보통신부는 한국과학기술연구원(KIST) 소프트융합소재연구센터 정승준 박사 연구팀이 신개념 전방위 프린팅 공정 기술을 이용해 사용자 맞춤형 자유 형상 스킨 일렉트로닉스를 구현하는데 성공했다고 21일 밝혔다.

이번 연구는 과기정통부의 나노소재기술개발사업과 KIST 주요사업, 세종과학펠로우쉽의 지원으로 수행됐다.

기존 실리콘 기반 반도체 소자와 달리 피부와 같이 부드러운 스킨 일렉트로닉스의 발전으로 실시간 건강 신호 모니터링, 신경회로 인터페이스등과 같은 인체 밀착형 휴먼 머신 인터페이스가 가능해지고 있다.

스킨 일렉트로닉스는 사용자 신체와 사용 목적에 맞는 자유형상 디자인과 맞춤형 공정이 요구되며, 동시에 높은 집적도를 위해 복잡한 삼차원 회로 구현이 필요하다. 그러나 기존 반도체 공정이나 3D 프린팅 기술로는 다양한 곡면을 가지는 신체에 맞춰 자유롭게 변형가능한 회로를 제작하는데 한계가 있었다.

KIST 정승준 박사 연구팀은 스킨 일렉트로닉스의 핵심 소재인 소프트 전도체를 삼차원으로 직접 그릴 수 있는 기술을 개발하고, 이를 이용해 기계적 변형에도 안정적으로 동작하는 자유형상 스킨 일렉트로닉스를 발표했다.

기존에 보고된 전도성 잉크로 삼차원 구조를 가지는 회로를 제작할 경우, 외부 충격이나 기계적 변형에 의해 쉽게 부서지거나 성능이 저하되는 한계가 있었다. 연구팀은 잉크의 유화작용을 이용해 전방위로 자유로운 삼차원 프린팅이 가능하면서 동시에 노즐이 막히는 문제도 획기적으로 줄일 수 있는 소프트 전도성 소재를 개발했다. 유화작용은 어떤 액체 속 그것과 섞이지 않는 다른 액체를 미세입자로 분산시키는 것을 가르킨다.

이를 통해 150% 이상 늘어나도 높은 전도도가 유지되는 소프트 전극을 전방위로 자유롭게 직접 그릴 수 있어, 복잡한 삼차원의 신축성 회로를 사용자에 맞게 제작할 수 있다.

이 연구에서 개발된 소프트 전도성 소재는 현재 관련 소재전문기업을 통해 양산 가능성을 검토하고 있으며, 웨어러블 및 생체 의학기기, 소프트 로봇, 프린팅 산업 분야에 활용될 경우, 파급 효과가 있을 것으로 기대하고 있다.

KIST 정승준 박사는 "이 연구를 통해 개발된 소프트 전극 소재 및 공정 기술은 기존 정형화된 전자기기의 디자인 한계를 뛰어넘어 새로운 폼팩터를 가지는 웨어러블 기기 제작에 기여하고, 나아가 사물인터넷, 가상 증강 현실을 위한 인터페이스, 바이오 인터페이스 등 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대한다"고 전했다.