국립부경대학교 연구팀이 피부처럼 부드럽고 신축성이 뛰어나면서도 전기 신호 왜곡이 거의 없는 젤라틴 기반 하이드로겔 센서를 개발했다고 밝혔다.

김용현 디스플레이반도체공학전공 교수와 박명기 화학과 교수 연구팀이 만든 이 소재는 사람의 미세한 움직임부터 큰 관절 운동까지 안정적으로 포착할 수 있다. 피부에 부착해 수집한 신호를 인공지능(AI)이 학습하면 사람의 동작을 높은 정확도로 분류할 수 있어 차세대 웨어러블 전자피부 플랫폼으로 주목받고 있다.

연구팀은 돼지 피부 콜라겐에서 추출한 젤라틴에 글리세롤과 폴리에틸렌글리콜을 혼합해 피부처럼 말랑하고 탄력 있는 기본 구조를 구성했다.

여기에 은 나노와이어와 전도성 고분자 PEDOT:PSS를 결합한 하이브리드 전도 네트워크를 코팅해 높은 전기 전도성과 내구성을 동시에 확보했다. 글루타르알데하이드 가교 공정으로 분자 결합을 촘촘히 고정해 장시간 사용에도 형태와 성능이 유지되도록 설계했다.

개발된 하이드로겔 센서의 핵심 강점은 전기적 히스테리시스, 즉 신호 뒤틀림이 극도로 낮다는 점이다. 일반 센서는 늘였다가 다시 줄일 때 신호가 어긋나 측정값이 흔들리는데, 이 소재는 200%까지 늘려도 신호 왜곡이 3.5% 이하로 매우 낮아 같은 움직임에 항상 동일한 신호를 안정적으로 제공한다. 1000회 이상 반복 변형에도 성능이 유지되는 내구성을 입증했다.

실제 피부에 부착한 센서는 손가락 굽힘, 팔·무릎 관절 운동, 걷기·점프 같은 큰 동작은 물론 맥박, 호흡, 표정 변화 같은 미세 생체 신호까지 정밀하게 인식했다. 연구팀은 센서를 무선 시스템에 연결해 데이터를 실시간 전송하고, AI가 분석하도록 해 13가지 동작을 약 97.7% 정확도로 분류하는 데 성공했다.

연구 결과를 담은 논문은 화학공학 분야 세계적 학술지 Chemical Engineering Journal(IF=13.2)에 최근 게재됐다.

연구팀은 기존 하이드로겔의 약점이었던 신호 불안정 문제를 근본적으로 줄이는 데 성공하면서 해당 소재가 AI 기반 인간과 기계 인터페이스, 디지털 헬스케어에 적용할 수 있는 지능형 전자피부로 확장될 수 있을 것으로 보고 있다.

김용현 교수는 "젤라틴 하이드로겔은 피부처럼 부드럽지만 센서로 사용하기엔 신호가 흔들리는 것이 큰 한계였는데, 이번 연구로 부드러움과 신뢰성, AI 활용성을 한 번에 잡았다"며 "이 소재가 정밀 생체 신호 모니터링과 재활·스마트 운동 코칭, 차세대 웨어러블 기기, 로봇 전자피부 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대한다"고 밝혔다.