[에너지데일리 김규훈 기자] 서울대학요 공과대학(학장 차국헌)는 기계항공공학부 고상근 교수팀(윤용 박사과정 연구원)이 곡면상에 액체 금속을 패터닝하는 기술을 개발했다고 15일 밝혔다. 이로써 자유롭게 휘거나 접히는 웨어러블 기기 개발이 가능해졌다.
최근 플렉서블, 웨어러블 기기에 대한 관심이 커지면서 휘어지거나 늘어나도 성능이 유지되는 유연한 전자회로 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이에 그래핀이나 탄소나노튜브 같은 전자섬유가 주목받고 있지만, 열에 취약하고 제조과정이 복잡해 대량생산이 어렵다는 단점이 있다.
이같은 전자섬유의 대안으로 액체 금속인 갈륨 혼합물을 이용한 프린팅과 패터닝 방식도 개발되고 있다. 그러나 손, 팔꿈치, 귀 등 각 위치에 맞는 웨어러블 기기에 적합한 곡면상에서의 패터닝 기술을 구현하기에는 어려움이 있었다.
이와 관련 고상근 교수팀은 평면 뿐만 아니라 곡면에도 액체 금속 프린팅이 가능하도록 시스템을 설계했다. 안장 형태의 곡면에 터치 센서를 구현하고, 손가락의 움직임을 감지하도록 웨어러블 센서 장갑을 제작했다.
이 기기에는 2축 수평 방향 자동 스테이지를 사용해 임의의 형태의 회로를 그리고, 수직 방향 스테이지와 거리 측정 레이저 센서를 사용해 기판의 높이 변화에 상관없이 일정하게 액체 금속을 패터닝할 수 있는 기술을 탑재했다.
또한 수평 회전 스테이지를 함께 사용함으로써 레이저 거리 센서가 바늘보다 먼저 거리 데이터를 수집한다. 수집된 데이터를 바탕으로 바늘과 기판 사이의 거리를 유지할 수 있어, 최종적으로 곡면에서 원하는 형태의 액체 금속 회로를 그리는 패터닝 시스템을 구현했다.
서울대 고상근 교수는 “간단한 시스템 구성으로도 평면이나 경사면이 아닌 곡면에서 원하는 형태의 액체금속 회로를 그릴 수 있다”면서 "이번 연구가 맞춤형 웨어러블 기기 개발과 액체 금속 활용에 더욱 폭넓은 기반이 되어줄 것"이라고 말했다.
연구 결과는 지난 2월 재료 분야 국제 학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼즈 테크놀로지즈(Advanced Materials Technologies)’의 표제 논문으로 게재됐다(논문 제목: Wearable Electronics: Four Degrees‐of‐Freedom Direct Writing of Liquid Metal Patterns on Uneven Surfaces). 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 지원하는 개인기초연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐다.
