부산대, 저비용·초고감도 웨어러블 압력센서 개발

감도 기존 대비 최대 6배 향상
용액 공정 기반 저비용 제작 가능
맥박·음성·근육 움직임 무선 측정

초고감도 압력센서 연구 이미지./부산대 제공

부산대학교 연구팀이 대면적 그래핀과 특수 구조를 결합해 인체의 미세한 맥박과 음성까지 감지할 수 있는 저비용·고감도 유연 압력센서를 개발했다.

부산대학교 재료공학부 이정우 교수팀은 비대칭 마이크로돔 구조와 대면적 그래핀 소재를 결합해 미세 압력 변화에 민감하게 반응하는 유연 센서 구현에 성공했다고 11일 밝혔다.

이번 연구 성과는 세계적인 과학저널 '저널 오브 머터리얼스 케미스트리 에이(Journal of Materials Chemistry A)' 3월 3일 자 표지 논문으로 선정돼 그 우수성을 인정받았다.

연구팀은 구리 몰드와 용액 공정을 기반으로 대면적의 환원된 산화그래핀을 마이크로돔 형태의 유연 플랫폼에 적용했다.

특히 압력이 가해질 때 접촉이 단계적으로 증가하는 비대칭 구조를 설계해 기존 센서의 감도 한계를 극복했다.

이를 통해 저압 영역에서 기존 대비 약 6배 향상된 최대 63.07 kPa?¹의 감도를 달성했으며, 시뮬레이션을 통해 대칭 구조보다 감도가 2배 이상 높음을 검증했다.

개발된 센서는 실제 생체 신호 측정에서도 탁월한 성능을 보였다. 손목 맥박의 미세한 피크는 물론 음성 진동, 음식 삼킴 동작, 얼굴 근육 및 관절의 움직임을 안정적으로 감지했으며 무선 모니터링까지 가능해졌다.

이는 정밀한 생체 신호 감지가 필수적인 웨어러블 헬스케어 분야에서의 폭넓은 활용 가능성을 보여준다.

특히 이번 연구는 전반적인 제작 공정을 저비용으로 구현했다는 점이 특징이다. 고가의 금속 증착 대신 용액 공정 기반 산화그래핀을 사용했으며, 실리콘 웨이퍼 대신 구리 포일 몰드를 활용해 복잡한 진공 공정 없이도 고성능 센서를 제작할 수 있게 돼 경제성을 확보했다.

이정우 부산대 교수는 "이번 연구는 전산 해석을 통한 설계와 비실리콘계 몰드를 활용한 이론·실험의 조합으로 고감도 센서를 구현했다는 데 큰 의미가 있다"며 "공정 단가를 낮추면서도 대량 생산이 용이해 향후 디지털 헬스케어 기기 등 다양한 산업 분야에서 활용될 것으로 기대한다"고 말했다.

부산=김성욱 기자 attainuk0518@