신소재공학과 정운룡 교수‧유인상 박사, 미국 스탠포드대 제난바오(Zhenan Bao) 교수 공동연구팀은 온도와 기계적인 자극을 동시에 측정할 수 있는 ‘다기능성 이온-전자피부’를 세계 최초로 개발했다. 과학 분야 최고 권위지인 사이언스(Science)지 20일자를 통해 공개된 이 연구성과는 이온 전도체가 가지는 특별한 성질을 이용해 아주 간단한 구조로 만든 것이 큰 특징이다.

인간의 피부 속에는 꼬집거나 비틀거나 미는 등의 다양한 촉각은 물론 뜨겁거나 차가운 온도를 감지할 수 있는 촉각 수용체가 있다. 이 수용체를 통해 인간은 기계적 자극과 온도 자극을 구분할 수 있는데, 지금까지 발표된 전자 피부는 온도를 측정함과 동시에 피부에 기계적인 자극이 가해지면 온도에 큰 오류가 생기는 문제가 있었다.

연구팀은 인간 피부가 촉각 수용체가 전해질로 가득 차 있어 변형이 자유로우면서도 망가지지 않는다는 점에 주목했다. 그리고, 전해질을 함유한 이온 전도체 소재가 측정 주파수에 따라 측정할 수 있는 성질이 달라진다는 점을 이용해, 촉각과 온도를 동시에 측정할 수 있는 다기능성 인공 수용체를 만들어냈다. 또, 연구팀은 이온 전도체에서 온도에만 반응하는 변수와 기계적인 자극에만 반응하는 변수를 도출, 전하 완화 시간과 정전용량^*2, 2개의 측정 주파수만을 이용하도록 했다. 전하가 물체에서 빠져나가는 시간을 뜻하는 ‘전하 완화 시간’은 움직임에 반응하지 않아 온도를 측정할 수 있으며, ‘정전용량’은 온도에 반응하지 않아 움직임을 측정할 수 있다.

또 전극-전해질-전극의 간단한 구조로만 만들어져 상용화에서도 큰 이점을 가진 이 전자피부는 밀림, 꼬집기, 벌림, 비틀림 등의 여러 움직임에 대해 힘을 가한 방향이나 늘어난 정도는 물론, 힘을 가한 물체의 온도도 정확하게 측정해낸다. 자유자재로 늘리거나 변형할 수 있으면서도 온도를 감지할 수 있는 ‘다기능성 이온-전자피부’는, 웨어러블 온도센서나 인간형 로봇, ‘휴머노이드’와 같은 로봇 피부에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.