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[생활속 과학이야기] 지문 굴곡까지 빛으로 표현

2020-04-02기사 편집 2020-04-02 07:56:49     

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첨부사진1정길호 ETRI 홍보실장
미세한 압력의 변화도 쉽게 알아낼 수 있는 기술이 개발됐다. 압력의 강도, 위치뿐 아니라 압력을 가한 물체의 3차원 표면정보도 나타낼 수 있다. 사람의 맥박처럼 미세한 움직임도 쉽게 잡아내는 센서다. 심지어 압력의 변화를 빛으로 나타낼 수 있게 됐다. 기존 센서보다 민감도가 20배나 높으면서도 투명해 사람 지문의 높낮이까지도 세밀하게 구분한다.

기존 압력 센서는 전극을 활용해 날실과 씨실로 모양을 만들어 전극이 닿는 부분이 누르는 압력에 따라 전도도가 달라지는 원리였다. 문제는 감도였다. 아주 미세한 압력변화의 감지가 어렵고 압력 신호를 표시하기 위해선 추가적인 처리가 필요했다.

연구진은 나노소재를 이용해 센서를 만들고 양자점(퀀텀닷) 발광소자를 올려 압력분포를 한눈에 볼 수 있는 소자를 개발했다. 얇은 막에 나노소재를 코팅해서 만든 센서에 QLED 디스플레이를 붙여 만든 셈이다.

전기가 잘 통하는 머리카락 1/100 굵기의 고분자 나노와이어와 나노 셀룰로오스로 섞어 복합소재를 센서 물질로 만들었다. 압력을 받은 와이어가 서로 부딪치면 전류가 흐르게 되어 빛을 내게 된다.

두께도 마이크로미터(㎛)단위로 아주 얇다. 압력을 받게 되면 접촉된 부분의 전류가 흐르고 누르는 힘이 증가할수록 전류량도 증가한다. 이러한 센서에 전기를 가해주면 전류가 흘러 바늘과 같이 뾰족한 물질로 눌러도 누를 때 마다 빛의 3원색인 빨강, 녹색, 청색으로 빛을 낸다. 투명하고 얇기 때문에 사람의 피부나 곡면 유리와 같이 다양한 기판 위에 올려 활용해도 된다.

소재가 저렴하고 친환경적이기에 신체에 무해하다. 습기 등 생활 오염이 발생하는 환경에서 장기간 사용해도 성능이 안정적으로 지속되는 결과도 확인했다.

센서와 디스플레이를 일체화해 이미지를 처리하는 별도의 장치도 필요 없다. 심지어 머리카락 두께 정도인 사람의 지문 높낮이도 표시할 수 있을 정도다. 기존 기술이 2차원적인 정보를 얻었다면 본 기술은 민감도를 대폭 높여 3차원적인 이미지 정보를 얻을 수 있다.

개발한 센서 위에 손가락 끝을 올리면 바로 입체적으로 지문의 모양을 본떠 지문의 굴곡 모양까지 보여줄 수 있다. SF영화에서나 보던 일이 현실이 될 수 있게 됐다.

즉 피부표면에 디스플레이가 가능해진 것이다. 물론, 물체 표면 질감까지 분석할 수 있어 향후 새로운 정보보안이나 새로운 통신 시장에도 활용될 것으로 예상된다. 또 로봇 피부에 센서를 부착하게 되면 로봇이 물체를 만질 때 느끼는 거칠기, 매끄러운 정도, 냉온도 정도 등을 알 수 있다.

센서를 얇은 박막으로 만들어 피부에 직접 붙이게 되면 맥박이 뛰는 대로 빛이 발생해 신체 정보 데이터를 병원 내 전송도 가능해질 것으로 보고 있다. 전자피부로 활용시 다양한 진맥과 건강상태 확인도 예측된다. 이로써 향후 투명 박형(薄型) 보안시스템, 입을 수 있는 헬스케어, 촉감을 느끼는 로봇, 보안용 투명한 디스플레이 발광 터치패널, 의족이나 의수 등 여러 용도로 전자제품에 응용이 될 것으로 보여진다.

특히 스마트폰에도 활용이 예상되고 출입문이나 자동차를 이용해 생체인증이 가능할 전망이다. 만드는 과정도 쉬워 상용화에도 유리하다는 게 연구진의 설명이다.

초박형 압력센서를 만드는데 불과 10여 분 밖에 소요되지 않았다. 연구진은 안정성 검증을 통해 추가적 연구로 기술이전 계획중이다. 미세한 표면정보를 잘 읽어 보여주는 디스플레이 개발이 기대된다.

정길호 ETRI 홍보실장



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