IoT 강국으로의 도약 위한 새로운 센서기술 연구

최근 미국 정보기술(IT)업체 IBM은 ‘5년 안에 컴퓨터가 인간처럼 촉각 시각 청각 미각 후각 등 오감을 갖게 될 것’이라고 전망했다. 이를 가능하게 만드는 것은 첨단 센서 기술이다. 물리 화학 생체 등의 정보를 감지, 취득해 컴퓨터나 이용자가 읽을 수 있는 신호로 바꾸는 장치를 의미하는 센서는 컴퓨터의 감각기관으로 볼 수 있다. 이 센서는 급속히 발전하는 IoT(사물인터넷) 시대의 고도화와 맞물려 수요가 급증할 전망이다. 이렇듯 지능화한 첨단센서의 필요성과 중요도는 하루가 다르게 높아지고 있는 실정이다. 

세계 최초 사람의 표정 읽어내는 피부부착 센서 개발

다양한 감정을 보유하고 이를 표정으로 자연스럽게 나타내는 사람의 얼굴. 60가지 이상의 근육들과 눈의 크기, 움직임 등으로 나타나는 사람 얼굴의 표정은 그 움직임의 변화가 매우 미세하여 이를 시각적으로만 식별하기는 굉장히 어렵다. 하지만 최근 국내 연구진이 사람의 표정을 읽어내는 센서를 개발해 세계적인 주목을 받고 있다. 투명하고 신축성이 뛰어난 패치형 센서를 입 주변이나 이마, 눈가에 부착함으로써 표정 변화 시 센서가 근육의 움직임을 감지하는 형태로 아주 미세한 움직임까지 감지해 사람의 눈보다 더 정확하게 정보를 읽을 수 있는 새로운 개념의 센서 기술이다. 이는 성균관대학교 신소재공학부의 이내응 교수와 그의 연구진들이 개발한 기술로 외부의 힘에 쉽게 변형되는 단일벽탄소나노튜브(SWCNT)를 높은 전도성을 띄는 투명한 고분자 탄성체(PEDOT:PSS) 사이에 샌드위치처럼 끼워 넣은 센서다. 투명한 패치는 심미적인 효과는 물론 물에 섞어 친환경적으로 쉽게 코팅이 가능한 나노물질을 이용했다는 점이 많은 연구진으로부터 좋은 평가를 이끌어내고 있다. 
 

  감정표현에 따라 움직이는 근육은 피부표면의 변형을 유발하고 이는 다시 센서에 물리적인 변형을 전달하게 되는데, 이때 센서 내 전기적 통로가 민감하게 바뀌어 전기적 저항 변화가 생기게 된다. 동시에 센서에 변형이 유발되기 전에 흐르던 전류와 변형이 가해진 후에 흐르는 전류 사이에 변화가 생기게 되고 이를 센서신호로 측정하게 되는 것이다. 따라서 감정표현에 따른 특정 근육에 의한 다른 변형의 정도는 서로 다른 패턴의 전기적 신호로 나타나게 되기 때문에 이를 구분할 수 있는 것이다. 이 연구 결과는 국제저널 ACS Nano에 온라인판으로 출간되었으며, 미국화학회의 PressPac에 하이라이트로 소개되었다.
 

  이내응 교수는 이번 연구를 토대로 추후에는 피부의 미세한 온도변화 등을 감지할 수 있는 다른 센서들과 접목하여 더 세밀하고 다양한 감정을 모니터링하는 센서 플랫폼 연구할 계획이라고 밝혔다. 그는 “이번 연구를 통해 인간의 감정을 읽어 낼 수 있는 로봇을 비롯하여 인간과 교감할 수 있는 감성형 스마트 기기에 적용도 가능하리라 전망합니다”라며 “루게릭, 파킨슨병 등 신체의 근육이 퇴화되어 얼굴의 근육을 통해 소통 하는 환자들에게도 도움을 줄 수 있으며, 연하장애, 안면마비 환자 등 근육의 기능에 문제가 있는 환자들의 치료 예후 모니터링까지도 사용될 수 있을 것으로 전망합니다”라고 연구에 대한 자부심을 내비쳤다. 

기초·기본에 충실한 새로운 형태의 융합 연구

성균관대학교 이내응 교수와 연구팀은 최근 세계적으로 주목을 받고 있는 사물인터넷 (IoT), 웨어러블 컴퓨터, 모바일 헬스케어 등 차세대 스마트 전자 기기에 적용 가능한 다양한 반도체 기반의 센서 소재 및 소자에 대한 연구·개발을 펼치고 있다. 특히, 유연성·신축성 소재를 기반으로 온도, 압력, 변형, 적외선, 자외선 등의 물리 센서와 가스, 이온, 생체분자 등의 검출이 가능한 생화학 센서 소자의 개발에 주력하고 있다. 또한, 현재 연구 개발 중인 센서 소자를 피부와 비슷한 신축성을 갖는 피부 부착형 플랫폼 형태로 제작하여 인간의 다양한 움직임 및 감정 등의 모니터링과 같은 인간과 스마트 기기간의 인터페이싱 기술, 예방의학적 질병 진단 및 퇴행성 노인성 지병 환자 등의 모니터링과 같은 스마트 헬스 분야에 적용하는 것을 장기적인 목표를 연구를 수행하고 있다. 
 

  여기서 주목할 점은 성균관대학교 내 신소재공학과와 나노과학기술학과, 융합의과학과 등에 소속된 다양한 전공의 대학원생 및 박사급 연구원들이 함께 융합적 연구를 실현하고 있다. 그 결과 이내응 교수와 연구팀은 그동안의 다양한 융합연구를 통하여 Nature Nanotechnology, Advanced Materials, ACS Nano, Nano Energy 등 최상위급 국제학술지에 다수의 논문을 게재하고 있다.
 

  이내응 교수는 “최근 대학이 평가 중심적으로 편중되는 경향이 있습니다. 이로 인해 연구를 위한 연구, 논문을 위한 논문의 형태가 빈번히 발생하고 있습니다”라며 “비록 시간적인 투자가 필요하더라도 기초·기본에 충실한 연구가 반드시 필요하며, 보다 창의적인 연구를 펼치기 위한 계속된 고민과 인내, 학문간의 융합을 통한 새로운 형태의 연구를 펼치고자 노력해야 합니다”라고 힘주어 말했다.
 

  앞으로 발전 가능성이 무한하다는 평가를 받는 센서 산업. 이미 전 세계적으로 많은 연구가 진행되고 있는 가운데 우리나라 역시 차별화된 기술력 확보는 물론 새로운 형태의 소재개발이 반드시 필요하다고 이 교수는 주장한다. IoT 강국으로 도약할 대한민국 미래의 모습에 이내응 교수와 연구진들이 행보가 기대되는 이유다.

김남근 기자 다른기사 보기