국내 연구진이 주변에서 흔히 볼 수 있는 종이와 연필만을 이용한 고감도 3D 터치센서를 구현해냈다.

사물인터넷(IoT) 시대를 맞이해 다양한 센서 기술 개발에 대한 수요가 증가하면서, 특히 생활환경 전반에 복합적으로 사용되는 터치/압력센서 기술이 스마트기기의 핵심으로 떠올랐다.

압력센서는 장차 헬스케어 및 각종 센싱 장치, 미래 IT기기 등에 폭넓게 적용될 것으로 기대되는 주요 소자다. 이에 따라 압력센서 관련 연구가 최근 전세계적으로 많이 진행되었고 현재도 활발히 진행되고 있다.

기존의 연구들은 미세구조를 형성하는 데에 고가의 재료 및 높은 비용이 드는 복잡한 공정들이 수반됐고 이는 경제적인 측면에서 큰 단점이 되고 있었다. 센서의 민감도 및 반응속도·안정성을 높이기 위해 많은 연구들이 카본나노튜브와 그래핀, 실버 나노와이어 등 고가의 재료와 각종 복잡한 공정을 동원해 센서의 기능을 높여온 것이다.

이에 한국연구재단은 심우영·이태윤 연세대 연구팀이 종이 자체의 표면 거칠기를 활용해 고민감도 압력센서를 제작하는 데 성공했다고 14일 밝혔다.

이 교수는 "산업적으로 봤을 때 결국 가장 중요한 것은 비용적인 측면이라고 생각했다"며 "인위적인 미세구조 형성 공정 없이 재료자체의 존재하는 높은 표면 거칠기를 이용하여 센서의 민감도를 향상시켰다"고 말했다.

본 연구는 인위적인 미세구조 형성 공정 없이 재료자체의 존재하는 높은 표면 거칠기를 이용해 센서의 민감도를 향상시켰고, 결과적으로 적은 공정으로 고성능의 압력센서를 제작할 수 있었다. 종이의 거친 표면에 연필로 전극을 형성한 후 얇은 유전층을 도포해 정전식 압력센서를 만드는 형식이다.

연구팀은 이번 연구로 개발된 종이압력센서로 각 키 버튼을 구성해 눌리는 세기에 따라 약한 터치와 강한 터치에 각각 소·대문자를 출력하는 종이 키보드를 개발했다. 이러한 방식은 미세구조의 높은 민감도와 유연성을 유지하면서 공정 과정을 대폭 줄여 저비용 고성능의 압력센서 제작을 가능하게 해 헬스케어·사용자터치인터페이스·각종 IT기기등에 다양한 분야에 널리 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

이 교수는 "이번 연구는 저비용 고성능의 압력센서 제작을 가능하게 했지만, 연필로 직접 그려서 제작하는 방식의 특성상 대량생산에는 아직 어려움이 있다"며 "향후 연구는 지금과 같은 구조를 인쇄공정과 같이 대량으로 제작하는 방법을 고안하여 지금보다 더 생산성을 높인 압력센서를 개발하고 싶다"고 말했다. 조수연 기자

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