-
땀에도 강한 웨어러블 로봇 제어 센서 선보이다
노인, 뇌졸중 환자, 외상 환자들의 다양한 재활치료에 활용되는 웨어러블 로봇이 착용자의 땀, 각질 등에도 끄떡없이 장기간 안정적으로 제어 가능하도록 도와주는 근전도 센서 기술이 개발되어 화제다.
우리 대학 전기및전자공학부 정재웅 교수와 기계공학과 김정 교수 연구팀이 공동 연구를 통해 피부 상태에 영향을 받지 않는 고품질의 전기 생리 신호 측정이 가능한 신축·접착성 마이크로니들 센서를 개발하는 데 성공했다고 23일 밝혔다.
다양한 재활치료에 활용되는 웨어러블 로봇이 사람의 움직임 의도를 인식하기 위해서는 몸에서 발생하는 근전도를 정확하게 측정하는 웨어러블 전기 생리 센서가 필요하다. 하지만 기존의 센서들은 시간에 따라 신호의 품질이 떨어지거나, 피부의 털, 각질, 땀 등의 영향을 많이 받고, 나아가 피부보다 단단한 물성으로 움직임 시 피부 변형을 따라갈 수 없어 노이즈(신호 잡음)를 발생시킬 수 있다. 이러한 단점들은 장시간의 신뢰성 높은 웨어러블 로봇 제어를 힘들게 한다.
이번에 개발된 기술은 잘 늘어나며 접착성이 있는 전도성 기판에 피부 각질층을 통과할 수 있는 마이크로니들 어레이를 집적해 불편함 없이 장기간 고품질의 근전도 측정을 가능하게 할 것으로 예상된다. 이와 같은 우수한 성능을 통해 땀, 각질 등을 제거하는 피부 준비 작업을 거치지 않아도 시간에 따른 착용자의 피부 상태 변화에 상관없이 웨어러블 로봇을 안정적으로 제어할 수 있을 것이라 기대된다.
연구팀은 부드러운 실리콘 중합체 기판을 활용해서 마이크로니들을 집적해 신축·접착성 마이크로니들 센서를 제작했다. 단단한 마이크로니들이 높은 저항을 가진 피부의 각질층을 투과해 피부 접촉 저항을 효과적으로 낮춰 털, 각질, 땀, 이물질로 피부가 오염돼도 고품질의 전기 생리 신호를 얻을 수 있다. 동시에 부드러운 전도성 접착 기판이 사람의 움직임으로 인한 피부의 늘어남에 순응해 편안한 착용감을 제공하고 움직임으로 인한 동작 잡음을 최소화할 수 있다.
연구팀은 개발된 신축·접착성 마이크로니들 센서 패치의 효용성을 검증하기 위해 웨어러블 로봇을 이용한 동작 보조 실험을 진행했다. 다리에 부착된 신축·접착성 마이크로니들 센서 패치는 근육에서 발생하는 전기신호를 감지하고 동작 의도를 웨어러블 로봇에 전송해 사람이 무거운 짐을 손쉽게 들어올릴 수 있도록 도와준다.
마이크로니들 센서 패치를 사용했을 때 피부 상태, 신체 움직임의 크기 및 종류와 상관없이 안정적인 근전도 센싱에 기반한 동작 의도 인식을 통해 웨어러블 로봇이 사용자의 동작을 효과적으로 보조할 수 있음을 연구팀은 확인했다.
이번 연구를 주도한 정재웅 교수는 “개발된 신축·접착성 마이크로니들 센서는 피부 상태에 영향받지 않는 안정적인 근전도 센싱을 통해 더욱 정확하고 안정적인 웨어러블 로봇 제어를 가능하게 하여 로봇을 활용하는 환자의 재활을 더 용이하게 할 수 있을 것이다”라고 말했다.
전기및전자공학부 김희수 박사과정과 이주현 박사과정 학생이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’ 1월 17일 字에 게재됐다.
(논문명 : Skin-preparation-free, stretchable microneedle adhesive patches for reliable electrophysiological sensing and exoskeleton robot control)
한편 이번 연구는 한국연구재단이 추진하는 생체신호센서융합기술개발사업, 전자약기술개발사업, 4단계 BK21 사업의 지원을 받아 수행됐다.
2024.01.23
조회수 1736
-
쭉쭉 늘어나는 최고 성능의 태양전지 개발
웨어러블 전자소자의 시장 규모가 급격히 커지며 에너지 공급원으로서 잡아당겨 늘려도 작동할 수 있는 스트레쳐블 태양전지가 각광 받고 있다. 이러한 태양전지를 구현하기 위해서는 빛을 전기로 전환하는 광활성층의 높은 전기적 성능과 기계적 신축성 확보가 필수적인데, 이 두 가지 특성은 서로 상충관계를 가지고 있어서 스트레쳐블 태양전지의 구현은 매우 어려운 문제였다.
우리 대학 생명화학공학과 김범준 교수 연구팀이 높은 전기적 성능과 신축성을 동시에 갖는 새로운 형태의 전도성 고분자 물질을 개발해 세계 최고 성능의 스트레처블 유기태양전지를 구현했다고 26일 밝혔다.
유기 태양전지(organic solar cells)는 빛을 받아 전기를 생산하는 광 활성층이 유기물로 구성되는 전자소자로, 기존 무기 재료 기반 태양전지에 비해 가볍고 유연하다는 장점이 있어 몸에 착용할 수 있는 웨어러블 전자소자에 사용 가능하다. 특히, 태양전지는 이러한 전자소자의 전력을 공급하는 필수적인 소자이지만, 기존 고효율 태양전지는 신축성을 가지기 어려워서 웨어러블 소자로 거의 구현된 바가 없다.
김범준 교수 연구팀은 높은 전기적 성질을 가지는 전도성 고분자에 고무처럼 늘어나는 고신축성 고분자를 화학 결합을 통해 연결하여, 높은 전기적 성능과 기계적 신축성을 동시에 가지는 새로운 형태의 전도성 고분자를 개발하였다. 개발된 고분자는 현재 세계 최고 수준의 광전변환효율 (19%)을 가지는 유기태양전지를 구현하면서도, 기존 소자들에 비해 10배 이상 높은 신축성을 달성하였다. 이를 통해 40% 이상 잡아당겨도 작동하는 세계 최고성능의 스트레처블 태양전지를 구현하였으며, 이를 통해 사람이 착용가능한 태양전지의 응용 가능성을 증명했다.
김범준 교수는 "이번 연구를 통해 세계 최고성능의 스트레쳐블 유기 태양전지를 개발했을 뿐만 아니라 새로운 개념의 고분자 소재 개발을 통해 자유형상 및 신축성을 요구로 하는 다양한 전자소자에 응용가능한 소재 원천 기술을 개발했다는 것에 큰 의의가 있다ˮ라고 밝혔다.
이진우, 이흥구 연구원이 공동 제1 저자로 참여하고, 기계공학과 김택수 교수, 생명화학공학과 리섕 교수팀이 공동으로 진행한 이번 연구는 국제 학술지 `줄(Joule)'에 12월 1일 출판됐다. (논문명: Rigid and Soft Block-Copolymerized Conjugated Polymers Enable High-Performance Intrinsically-Stretchable Organic Solar Cells).
이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.
2023.12.26
조회수 1873
-
기존 반도체 전자소자 공정과 호환되는 신축성 전도체 포토패터닝 방법 개발
우리 대학 신소재공학과 스티브 박, 전기및전자공학부 정재웅 교수 공동 연구팀이 기존의 반도체공정을 이용하여 고해상도로 패터닝할 수 있는 초기전도성이 확보된 액체금속 기반의 신축성 전도체 필름 제작 방법을 개발했다고 밝혔다.
신축성 전도체는 최근 각광받고 있는 사용자 친화형 웨어러블 소자, 신축성 디스플레이, 소프트 로봇의 전자 피부 개발에 핵심 요소로 여겨져 활발하게 연구가 진행되어왔다. 최근 신축성 전도체 중 하나로 높은 전기전도성과 신축성, 낮은 기계적 강성을 동시에 만족하고 안정성도 어느정도 확보가 된 갈륨기반의 액체금속 입자가 전도성 필러로 각광받고 있다. 하지만 액체금속 입자의 경우에는 기계적 불안정성으로 인하여 제한된 형태의 용액공정으로만 사용이 가능했기 때문에, 기존의 금속을 전자소자에 통합하는 방법인 반도체 공정을 이용하는 것이 어려웠다. 이런 이유로, 액체금속 입자 기반의 전자소자는 지금까지 연구실 수준에서 노즐 프린팅, 스크린 프린팅과 같은 제한된 방법으로 제작되는 것에 그쳤다. 나아가서 액체금속 입자는 초기에는 산화막의 존재로 인하여 전기전도성이 없기 때문에, 추가적인 후처리를 통해 전기전도성을 확보해야했다. 이런 추가적인 공정은 이 새로운 전자재료의 범용성 높은 사용을 막는 큰 장애물이었다.
이런 기존의 문제를 극복하여, 연구팀은 기존의 반도체 공정 (포토리소그래피 기반의 패터닝, 에칭을 이용한 다층구조 통합)과 호환이 가능한 안정적인 형태의 액체금속입자 필름을 코팅하는 방법을 제안하였다. 연구진은 먼저 안정적인 필름을 증착하기 위해 고분자로 쌓인 액체금속 마이크로입자 현탁액을 제작하였다. 용액전단 방법을 이용하여 이 현탁액을 미리 반도체공정을 이용하여 패터닝이 되어있는 기판 위에 대면적으로 균일하게 코팅을 할 수 있었다. 특히 현탁액을 물 기반으로 만들어 코팅 과정에서 포토레지스트 (Photoresist)에 손상을 가하지 않게 하여, 정밀한 패터닝이 가능하게 했다. 포토레지스트 위에 코팅된 액체금속 입자필름은 유기용매를 이용한 lift-off를 통해 최소 10um의 높은 해상도로 패터닝이 가능했다. 특히, 연구진은 이 과정에서 극성유기용매인 DMSO (dimethyl sulfoxide)를 사용하여, 액체금속과 고분자간의 상분리를 유도하였다. 이 과정에서 액체금속 입자 표면의 고분자와 산화막이 제거되어 다른 추가적인 공정없이 초기 전도성을 갖는 도선을 기판 위에 패터닝할 수 있었다. (그림1)
이 공정을 이용해 제작된 신축성 전도체는 기존의 고체 금속 전도체기반 섬유들과는 다르게 50%의 인장이 가해져도 전기저항변화가 거의 없어 이상적인 신축성 도선의 성질을 보였다. 또, 기계적, 화학적으로 안정적이어서 다양한 기판에 전이 (transfer) 공정이 가능하였e다. 액체금속 입자가 패턴된 기판을 마스크 얼라이너 (Mask aligner) 장비 및 에셔 (Asher) 장비를 이용해 고해상도 멀티레이어 회로를 제작할 수 있었다. 연구진은 이 기술을 이용하여 (그림 2)와 같이 신축성 디스플레이, 유연 로봇에 사용할 수 있는 고해상도 전자 피부 등의 구현이 가능함을 보여주었다.
우리 대학 이건희 박사, 김현지 석사가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 `머터리얼즈 투데이 (Materials Today)' 온라인 버전에 7월 14일 출판됐다. (논문명: Large-area photo-patterning of initially conductive EGaIn particle-assembled film for soft electronics)
연구팀은 "새로운 전자재료를 기존의 표준공정이라할 수 있는 반도체공정에 적용하여 차세대 전자소자의 양산화 가능성을 보여준 의미있는 연구ˮ라고 말했다. 또, "최근에 각광받고 있는 신축성 전도체인 액체금속의 고해상도 패터닝 및 초기전도성을 얻을 수 있는 방법을 제시하여 유연 전자소자 연구의 새로운 방향성을 제시할 수 있을 것으로 기대된다ˮ 라고 말했다.
한편 이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다. 이건희 박사는 포스코청암재단의 지원을 받고 있다.
2023.07.17
조회수 2322
-
세계 최고 수준 신축성과 전도성 가진 액체금속 입자로 신축성 인쇄 전자회로 기판 구현
우리 대학 신소재공학과 강지형 교수 연구팀이 고분자 속 전도성 액체금속 입자 네트워크 제조법을 개발하고, 이를 이용해 고무 특성을 갖는 신축성 인쇄 전자회로 기판을 구현했다고 14일 밝혔다.
최근 체내 삽입형 전자소자, 웨어러블 전자소자, 소프트 로보틱스 등에 관한 관심이 증가하면서 우수한 신축성 및 전기적 성질을 갖는 신축성 전자기기에 관한 다양한 연구가 진행됐다. 이러한 신축성 전자기기의 실현을 위해서는 고집적 전자기기 제작의 바탕이 되는 신축성 인쇄 회로 기판이 요구된다.
신축성 인쇄 회로 기판의 실현을 위해 기존에 형태가 변하지 않는 인쇄 회로 기판에 사용되는 구리와 같은 금속을 신축성 고분자 기판 위에 구불구불한 형태로 패터닝을 해 신축성 인쇄 회로 기판을 구현한 연구가 제시됐으나, 이렇게 구조 공학을 통해 만들어진 신축성 인쇄 회로 기판은 신축성이 제한적이고 전자 부품의 밀도가 줄어든다는 한계가 있다. 이러한 한계를 뛰어넘기 위해 자체적으로 늘어날 수 있고 전기전도성을 갖는 전도성 고분자, 금속 나노 물질–고분자 복합체 등이 제시됐으나 이들은 신축 과정에서 급격한 저항 변화를 보여 신축성 인쇄 회로 기판으로 사용되기 어렵다는 한계를 갖고 있다.
이러한 한계를 뛰어넘을 재료로 액체금속이 큰 관심을 받게 됐다. 액체금속은 상온에서 액체의 형태를 띠는 금속으로, 높은 전기전도성과 액체와 같은 자유로운 변형성으로 인해 신축성 전자소자에 사용하기에 적합한 재료로 평가를 받는다. 하지만 액체 상태가 갖는 외부 충격에 대한 불안정성으로 인해 실제 인쇄 회로 기판의 배선으로 사용하는 것에 한계가 있었다.
이를 극복하기 위해 많은 연구진이 액체금속을 마이크로 크기의 입자로 분쇄한 후 고분자와 섞어 우수한 기계적 성질을 부여하고자 했다. 하지만 이렇게 만들어진 액체금속 입자–고분자 복합체는 액체금속 입자 간의 반발력으로 인해 입자 간의 연결이 형성되지 않아 전기가 통하지 않는다는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 강지형 교수 연구팀은 초음파를 이용해 고분자 지지체 내에서 액체금속 입자들을 조립시켜 전도성 네트워크를 형성했고 신축과정에서 저항이 변하지 않는 전극을 개발했다. 이를 이용해 세계 최초로 구조 공학 없이 고무처럼 자유자재로 변형이 가능한(5배 이상 늘어나는) 신축성 인쇄 회로 기판에 응용될 수 있음을 보였다.
연구팀은 절연성 복합체에 초음파를 가하면 액체금속 입자/고분자/액체금속 입자 계면에 나노 크기의 액체금속 입자가 집중적으로 형성되고 전도성 입자 조립 네트워크가 만들어지는 것을 확인했다.
만들어진 네트워크는 기존 인쇄 회로 기판의 배선에 사용되는 구리와 비슷한 수준의 낮은 전기 저항을 갖고, 10배까지 늘렸을 때도 저항이 거의 변하지 않는다. 이와 더불어 복합체의 우수한 기계적 성질로 인해 외부의 물리적 충격에 대한 높은 저항성을 가진다.
특히, 이번 연구는 이전의 기계적 손상을 가해 전도성을 부여하는 방식과 달리 초음파에 기반한 비 파괴적 방식을 이용해 액체금속이 새어 나오는 문제를 해결했고, 이를 통해 다양한 전자 부품과의 높은 접합력을 얻을 수 있었다.
이러한 액체금속 입자 네트워크의 우수한 전기적/기계적 성질, 그리고 높은 접합력에 기반해 연구팀은 신축성 고분자 기판 위에 액체금속 입자 네트워크를 패터닝한 후, 전자 부품과 연결해 신축성 디스플레이 및 광 혈류 측정 센서를 제작함으로써 다양한 신축성 웨어러블 전자소자로의 응용 가능성을 제시했다.
연구팀은 나아가 포토레지스트, 하이드로겔, 자가 치유 고분자 등 다양한 고분자 속에서 동일한 방식으로 액체금속 입자 네트워크를 만듦으로써, 기존의 신축성 전극 연구들이 보여주지 못한 고해상도 광 패터닝, 체내 삽입형 전자소자에 활용되기 위한 낮은 임피던스를 갖는 전극, 자가 치유가 가능한 액체금속 기반 전극 등으로의 다양한 응용 가능성을 확인했다.
신소재공학과 이원범, 김현준 박사과정이 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 `사이언스 (Science)' 11월 11일 字 표지 논문으로 게재됐다. (논문명 : Universal Assembly of Liquid Metal Particles in Polymers Enables Elastic Printed Circuit Board).
강지형 교수는 "이번 연구를 통해 개발된 액체금속 입자 조립 네트워크 기반의 복합 전극은 웨어러블 및 생체 삽입형 전자장치 발전과 상용화에 크게 기여할 것ˮ이라고 말했다.
한편 이번 연구는 한국연구재단의 나노소재기술개발사업 미래기술연구실, 우수신진연구사업, ERC 웨어러블 플랫폼 소재기술 센터의 지원을 받아 수행됐다.
2022.11.14
조회수 6158
-
신축성 있는 전자장치 및 전자피부에 적용 가능하게 설계된 기하학적 아일랜드 기판 개발
우리 대학 신소재공학과 스티브 박 교수, 기계공학과 김택수 교수 공동 연구팀이 기하학적으로 설계된(대관람차 모양) 단단한 아일랜드 어레이 기반 신축성 기판을 개발했다고 7일 밝혔다.
아일랜드란 부드러운 폴리머 내부에 존재하는 상용 칩 (LED, 배터리 등)들을 보호하기 위한 단단한 소재의 평평하고 얇은 판을 말한다. 아일랜드 구조의 효과적인 응력 분산을 통해 칩들 주변의 폴리머가 대신 늘어나면서 신축성을 가지는 전자장치를 구현할 수 있다.
박 교수 연구팀은 신축성 있는 전자장치의 아일랜드 디자인을 기하학적으로 설계해 아일랜드와 그 주변 폴리머 기판과의 기계적 결합을 강하게 해주도록 설계했다. 대관람차 모양으로 디자인된 단단한 아일랜드는 기존의 원이나 사각형 모양의 아일랜드와 달리 다양한 방향의 변형에도 견딜 수 있으며 화학적 결합 없이도 모든 폴리머 재료에 응용 및 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
단단한 아일랜드와 주변 폴리머 기판이 늘어날 때, 그 둘이 상호작용하는 계면에서 파괴가 일어나는 지점을 디지털 이미지 상관관계와 유한 요소 분석 시뮬레이션을 통해 강한 기계적 연동을 가능하게 하도록 설계했다. 이렇게 강한 기계적 연동은 유기화합물을 통한 화학적 결합을 하지 않기 때문에 인체에 해가 없어 피부에 부착하는 신축성 전자장치 분야에도 폭넓게 응용 및 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
우리 대학 신소재공학과 양준창 박사와 이승규 박사과정이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 `사이언스 어드밴시스(Science Advances)' 6월 8권 22호에 표지논문으로 출판됐다. (논문명 : Geometrically engineered rigid island array for stretchable electronics capable of withstanding various deformation modes)
단단한 아일랜드 어레이 구조는 기존의 딱딱하고 늘어나지 않는 소자들을 늘어나는 폴리머 소재와 결합해 신축성 있는 전자장치 구현을 가능하게 한다. 전자 장치가 모든 방향으로 쉽게 늘어나고 줄어들 수 있으면 태블릿 PC나 스마트폰을 사용자가 원하는 대로 화면을 늘려 비디오 시청을 쉽게 하거나 크기를 줄여 휴대성을 극대화할 수 있다. 이러한 편의성과 기능성을 극대화 시킬 수 있는 스트레쳐블 일렉트로닉스 (stretchable electronics)는 전도유망한 기술로 주목받고 있다.
그러나 전자 장치가 변형됐을 때 단단한 아일랜드와 부드러운 폴리머 사이의 계면에는 결함이 발생하기 쉬우며 이로 인해 전극의 안정성이 취약하다. 이로 인해, 현재 기술로는 안정적인 신축성 전자장치를 구현하는데 어려움이 있다. 현재까지 계면에 화학적 처리를 통해 안정성을 높인 연구가 존재하지만 화학 약품은 인체에 해로우며 비틀이기나 구김 등 3D 변형에 취약한 모습을 보인다.
연구팀은 문제 해결을 위해 기계적 결합력을 증가시키고 다양한 변형을 가능하게 하도록 수직 방향으로의 변형 저항성을 증가시킨 대관람차 모양의 아일랜드 디자인을 도출했다. 연구팀의 대관람차 모양의 아일랜드 어레이는 반복적인 잡아늘리기, 비틀면서 늘리기, 강하게 찌르기, 구기고 밟기 등의 실상황에서 일어날 수 있는 모든 외부 자극과 유사한 상황에 대해 약 1,000회 동안 안정성을 보였다.
연구팀은 아일랜드와 폴리머 사이의 계면에서 찢어지는 두 가지 방식(골절 우세 현상, 박리 우세 현상)을 제어함으로써 탄성 계수(모듈러스)가 상이하게 다른 다양한 폴리머들에서도 적용 가능함을 확인했다.
나아가 연구팀은 아일랜드 위에 LED 칩과 동전형 전지를 부착해 신축성 있는 디스플레이와 배터리 팩을 구현했다. 또한, 자체 제작한 촉각 센서(압력센서와 인장센서)를 활용해 사용자의 건강정보를 수집할 수 있는 전자 피부를 만들었다. 이 전자 피부는 사용자의 맥박과 관절의 움직임을 모니터링하는 차세대 헬스케어 기기로 이용될 수 있다.
연구팀이 개발한 기하학적으로 설계된 대관람차 아일랜드 전자장치는 신축성이 필요한 전자장치 분야에 활발히 적용돼 가까운 미래에 상용화될 수 있을 것으로 기대된다.
연구를 주도한 스티브 박 교수는 "향후 신축성 전자장치의 상용화를 위해서는 일상 사용 시, 기기가 노출될 수 있는 혹독한 조건에서 높은 내구성을 확보하는 것이 매우 중요하며 연구진이 개발한 기술은 다양한 변형 모드에서 높은 내구성을 가지는 신축성 전자장치를 제작하는데 큰 도움을 줄 것으로 기대된다ˮ라고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단 `방광 부착형 센서와 신경 자극 및 활동전위 감지 소재 및 소자 개발' 사업의 지원을 받아 수행됐다.
2022.07.07
조회수 4704
-
박인규 교수 연구팀, 사용자가 원하는 3D 형상의 웨어러블 신축성 전자장치 개발
우리 대학 기계공학과 박인규 교수 연구팀이 차세대 전자장치인 사용자 맞춤형 3D 형상의 웨어러블 신축성 전자장치 설계 및 제조기술 관련 원천기술을 개발했다.
웨어러블 전자장치는 미래를 바꿀 10대 기술로, 안경형 웨어러블 전자장치 (구글 글래스)에서 손목 착용형 웨어러블 전자장치 (스마트 워치)에 이르기까지 세상의 주목을 받아왔다. 최근에는 이런 웨어러블 전자장치를 착용하는 사람의 신체 부위 형태에 딱 들어맞는 디자인으로 바뀌고 있으며, 이에 따라서 착용감이 높으며, 다양한 생체 신호를 정확하게 측정하고, 정보전달을 신속하게 할 수 있는 전자장치 개발에 힘쓰고 있다.
하지만, 기존의 연구들은 대부분 2D 필름 형태의 신축성이 있는 웨어러블 전자장치이므로, 복잡한 형상을 가진 3D 형상의 표면에 부착할 수 없다는 단점이 있다.
박인규 교수 연구진은 이러한 문제를 해결을 위해, 열 성형 기술 및 사전왜곡 패터닝 기술을 개발하였다. 제작 방법은 다음과 같다. 열 성형이 가능한 전극 및 기판을 제작하고, 이를 사전왜곡 패터닝 기술을 통하여 2D 필름에 인쇄한다. 그 이후에 열 성형을 통하여 원하는 3D 형상을 가지도록 성형한다. 따라서 제작된 3D 전자장치의 경우 사용자가 원하는 디자인으로 최소의 오차를 가지며 정확히 제작이 가능하다. 또한, 사용된 전극 및 기판의 경우 열 성형이 가능한 고신축성 물질이기 때문에, 제작된 3D 전자장치의 경우 고신축성 및 기계/전기적 안정성을 보여준다. (그림 1)
이를 활용하여 다양한 사용자 맞춤형 어플리케이션에 적용하였다. 첫번째로, 손가락형 터치센서를 개발하였다. 기존의 손가락형 센서의 경우 대부분 딱딱한 물질로 되어있어서 착용감이 불편하다는 단점이 있다. 이에 반해 개발된 손가락형 터치센서는 사용자 손가락에 딱 맞는 디자인으로 사용자가 편안하게 착용이 가능하며 다양한 변형에 대해서 전기적으로 안정하기 때문에 터치센서로 활용 할 수 있다. 두 번째로, 본 기술과 NFC 시스템을 결합하여 무선 배터리-프리 발꿈치 부착 소프트 압력 센서 시스템을 개발하였다. 이를 통해 부착이 어려운 발꿈치에 센서를 균일하게 부착이 가능하며 안정적으로 압력측정이 가능하다.
박인규 교수는 “4차 산업혁명 시대에 사용자 맞춤형 전자장치는 미래의 주요 기술 중 하나라고 기대한다. 따라서 본 기술이 기존의 웨어러블 전자장치 제작공정의 문제점을 해결하여 차세대 웨어러블 전자장치 개발의 전환점이 될 수 있는 계기가 될 것으로 기대한다”고 밝혔다.
이번 연구는 제 1 저자 우리 대학 최중락 박사과정 학생 및 박인규 교수가 교신저자로 참여하였다. 본 연구는 이 논문은 2021년도 과학기술정보통신부의 재원으로 한국연구재단의 중견연구자 과제의 지원을 받아 수행되었다.
이번 연구 결과는 융합연구 분야 최상위 학술지 중 하나인 Science Advances (2020 impact factor 14.14) 지 2021년 10월 13일자로 논문이 게재되었다. (논문명: “Customizable, conformal, and stretchable 3D electronics via predistorted pattern generation and thermoforming”)
2021.11.01
조회수 5193
-
홍승범, 스티브박 교수, 에너지 수확과 인정 변형률 감지 가능한 섬유 개발
〈 스티브박 교수, 류정재 박사과정, 홍승범 교수 〉
우리 대학 신소재공학과 홍승범 교수, 스티브 박 교수 연구팀이 공동으로 에너지 수확은 물론 인장 변형률도 감지할 수 있는 섬유를 개발했다.
류정재 박사과정이 1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘나노 에너지(Nano Energy)에 게재됐다.
웨어러블 기기에 대한 관심이 커짐에 따라 인간의 움직임과 신체 신호를 포착할 수 있는 센서 및 인간의 기계적 움직임으로부터 에너지를 수확할 수 있는 기기에 대한 수요가 많아지고 있다.
웨어러블 기기는 기계적 피로에 대한 우수성, 높은 유연성 그리고 피부 호흡을 방해하지 않아야 하며 섬유는 이러한 특성을 구현하기에 유리한 구조를 지니고 있다.
이번에 개발된 섬유는 탄소나노튜브와 전도성 고분자층의 크랙 형성을 통해 기존의 섬유 형태의 인장 센서보다 높은 민감도를 구현함은 물론 뛰어난 안정성으로 반복된 인장에도 강한 특성을 나타냈다.
유기압전소재 입자를 폴리디메틸실록산에 분산시킨 방법을 활용해 개발된 이 섬유는 인간 신체에서 발생하는 다양한 기계적 에너지도 압전효과를 이용해 수확할 수 있으며, 섬유 내부에서의 압력 변화에 대해서도 에너지를 수확할 수 있다.
홍승범 교수는 “개발된 신축성이 있는 섬유는 다양한 기능을 갖춰 기기의 집적화 측면에서 유리하다”며 “인간의 신체 신호나 움직임을 감지하면서도 에너지를 수확할 수 있는 웨어러블 기기의 초석을 다진 원천기술이다”라고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 기초연구사업의 지원을 통해 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 신축성 있는 섬유의 모식도 및 에너지 하베스터와 스트레인 센서로서의 성능
그림2. 다양한 기계적 변형에 대한 섬유의 모습
2019.01.24
조회수 8834
-
양분순빌딩 준공
<정문술빌딩(좌)과 양분순빌딩>
우리 대학은 바이오및뇌공학과 ‘양분순빌딩’을 신축하고 8일(수) 오후 3시에 준공식을 가졌다.
지난 2015년 5월에 착공, 1년 6개월간의 공사기간을 거쳐 완공된 양분순빌딩은 지하 1층, 지상 5층의 연면적 6,127㎡(약 1,853평) 규모로 바이오및뇌공학 실험실, 동물실험실, 연구실, 강의실 등으로 사용된다.
이 건물은 미래산업 정문술 전 회장이 지난 2014년 미래전략대학원 설립과 뇌 인지과학 인력양성을 위해 기부한 215억원 중 100억원과 교비 10억원 등 총 110억원으로 지어졌다.
정문술 전 회장은 2001년에도 IT+BT 융합기술 개발을 위해 KAIST에 300억원을 기부하였고, 이 중 110억원으로 지상 11층 규모의 ‘정문술빌딩’을 건립한 바 있다. 이번에 새로 지어진 건물은 기존의 ‘정문술빌딩’ 옆에 나란히 지어졌으며 학교에서는 기부자에 대한 감사의 뜻을 담아 정 전 회장의 부인이름을 딴 ‘양분순빌딩’으로 명명했다.
정 전 회장은 본인의 기부금으로 지어진 양분순빌딩의 준공식에 참석하지 않겠다는 의사를 전해왔다.‘연구에 방해가 된다’는 것이 그 이유다. 그는 지난 2003년 정문술빌딩 준공식에도 같은 이유로 참석하지 않았다.
강성모 총장은 “건설기금을 쾌척해주신 정문술 전 회장님의 고귀한 뜻에 깊은 존경과 감사의 마음을 전한다”며, “우리 대한민국 사회에 기업인의 사회적 책무와 진정한 기부문화가 무엇인지를 몸소 보여주고 계신다”고 말했다.
준공식에는 KAIST 강성모 총장을 비롯한 주요 보직자, 바이오및뇌공학과 교수와 학생, 그리고 시공자인 금성백조주택 대표이사, 설계자인 아키플랜 대표이사 등이 참석했다.
2017.02.09
조회수 9556
-
2017년 총장 신년사
친애하는 KAIST 가족 여러분,
2017년 정유년(丁酉年) 새해가 밝았습니다. 새해 복 많이 받으시고, 댁내 건강과 행복이 가득하기를 기원합니다. 새해에도 여러분의 꿈이 이루어지고, 국민들로부터 큰 사랑과 믿음을 받고 있는 우리 KAIST가 그 성원에 보답할 수 있는 한해가 되기를 바랍니다.
2013년 총장으로 부임하며 Quantum Jump 전략을 수립하고, 전반기(2013~14)에는 ‘하나된 KAIST’를 만들어 구성원의 역량을 결집하고 후반기(2015~16)에는 ‘질적성장을 통해 혁신하는 KAIST’를 만들어 크게 도약하고자 노력했습니다. 지난 4년간 우리는 성장통을 지혜롭게 극복하며 눈부신 발전을 거듭했고, 명실상부한 ‘Students-Centered, Faculty-Driven, World’s Most Innovative Research University’로 발돋움 했습니다.
우리학교의 수월성을 달성하기 위한 ‘창의’와 ‘도전’은 국가발전의 원동력이 되어 왔습니다. 교육·연구·시스템의 지속적인 혁신, 창업문화의 확산, 대학의 사회적 책무를 다하고자 하는 노력들은 학교의 질적성장을 이끌어 왔습니다.
KAIST의 교육은 끊임없이 발전하고 있습니다. 세계적인 대학의 위상에 걸맞는 교육시스템을 마련하고자 세차례에 걸친 고강도 학사조직개편 끝에 미래지향적인 교육 플랫폼이 완성되었습니다. KAIST의 교육은 넓은 학문단위의 학사교육과 융합전공의 대학원교육이 효율적으로 운영될 수 있는 체제에 더하여 학문적 수월성과 창의성이 조화를 이루는 융합형 교육시스템입니다. 우리 학생들은 이러한 π(파이)형 교육시스템 속에서 학사과정간 학문적 기반의 공통점을 바탕으로 기초를 튼튼히 하고, 석‧박사 교육과정간 융합 전공교육과 연구를 통해 지혜와 지식을 체득하고 졸업 후 사회에 진출했을 때 대체불가능한 우수한 인재로 성장하고 있습니다.
새로 도입된 융합 Capstone Design 교과과정은 국내 공학교육의 패러다임을 현장중심형 교육으로 새롭게 바꾸는 계기를 마련했습니다. 본 과정을 통해 우리 학생들은 사회가 필요로 하는 과제를 직접 기획하고 도출된 문제를 해결해 봄으로써 창의성, 실무능력, 팀워크 및 리더십을 갖추게 될 것입니다.
우리학교는 Education 3.0을 통해 수요자 중심의 교육시스템을 선도하고 있습니다. 학생들은 강의 전에 제공받은 온라인 콘텐츠로 자기주도 사전학습을 수행하고, 수업시간에는 지식전달식 강의 대신 배움의 주체가 되어 팀원들과 협력학습을 하며 전공지식과 문제해결 및 소통능력 등을 체득하게 됩니다. 우리학교는 자체적으로 개발한 온라인 공개강좌 서비스인 KOOC(KAIST MOOC)을 개방함으로써 KAIST의 우수한 교육을 국내‧외에 무상으로 제공하며 대학의 사회적 책무를 다하고 있습니다.
KAIST의 연구역량은 세계적인 대학들과 어깨를 나란히 하고 있습니다. 우리학교의 혁신적인 교육 및 연구역량은 이미 QS, THE 등 세계 유수의 기관들로부터 널리 인정받고 있으며, 로이터통신은 매년 세계가 놀랄만한 연구성과를 발표하고 있는 우리학교를 ‘세계 혁신대학 6위’로 선정한바 있습니다. KAIST가 지금과 같이 지속적으로 발전하기 위해서는 단기적인 소나기 정책에 의한 연구보다는 늘 한 곳에서 샘솟는 샘물같이 지속가능한 연구를 수행할 수 있어야 합니다. 특히, 인류발전에 공헌할 수 있는 아이디어가 지속적으로 창출되고, 그 연구를 안정적으로 뒷받침 할 수 있는 재원이 마련되어야 하며, 누구나 꿈을 가지고 도전하며 도전의 성공여부 보다는 그 도전의 성실성이 평가되는 연구문화가 구축되어야 할 것입니다. KAIST 그랜드챌린지30 프로젝트와 같이 선도적인 연구지원제도를 신설한 것도 우리 KAIST가 앞장서서 인류가 당면한 거대한 문제들을 해결하고, 혁신적인 연구문화를 확산시키기 위함입니다.
생명과학분야의 글로벌 경쟁력을 확보하기 위해 그동안 KAIST 융합의과학대학원(세종)을 설립하기 위해 노력해왔습니다. 수년간 추진하였던 「KAIST 융합의과학대학원(세종) 설립사업」 예비타당성조사가 많은 분들의 노력으로 조만간 긍정적인 결과를 얻어 2018년부터 정부예산이 반영될 것으로 기대합니다. 우리학교는 융합의과학대학원을 시작으로 세종시에 KAIST의 혁신적인 교육·연구시스템을 구축하게 될 것이고, 융합생명과학분야의 경쟁력있는 교육‧연구역량을 갖추게 될 것입니다.
우리학교는 그동안 우리나라 대학사회의 창업문화를 선도하고 확산하는데 최선을 다해왔습니다. 학생들이 기업가정신을 함양할 수 있는 기회를 널리 제공하고 교원들의 창업활동을 장려함으로써 KAIST의 우수한 교육과 혁신적인 연구성과가 경제적‧사회적 가치로 연결될 수 있도록 노력했습니다. 과학기술 분야의 우수한 인재들이 창업인재로 성장할 수 있도록 지원하는 전담조직인 KAIST 창업원(Institute for Startup KAIST)을 설치하여 창의적인 아이디어가 사업화에 이르는 전 과정을 지원하고 있습니다. 또한 K-School을 설립하여 다양한 학과가 공동으로 운영하는 창업맞춤형 교육프로그램인 창업융합전문석사 과정을 운영하고 있습니다. 그 외에도 창업원 판교센터, KAIST 사회적기업가 MBA(SEMBA) 등 우리학교는 창업과 관련한 다양한 프로그램을 설치‧운영하며 캠퍼스 내 창업분위기를 조성하는 것은 물론 KAIST가 주축이 되어 전국적으로 창업문화가 확산될 수 있도록 노력한 결과 국내대학 창업지수 1위로 선정되는 등 가시적인 성과를 거두고 있습니다.
KAIST의 시스템 혁신은 항상 국내외의 여러 기관으로부터 주목을 받았습니다. 국내 대학 최초로 도입된 테뉴어제도는 세부적인 보완을 통해 정착단계에 접어들었으며, 영어강의와 성적연계 등록금 제도 등은 구성원들의 적극적인 의견수렴과 전문가그룹의 심도있는 검토를 통해 보완‧발전되었습니다.
2013년 심도있는 경영진단을 바탕으로 행정조직의 대대적인 개편이 있었습니다. 기능통합과 의사결정 체계의 간소화를 목표로 단행된 행정조직개편은 KAIST 행정을 ‘변화에 유연히 대응하는 전략적 조직’, ‘핵심기능 중심의 효율적인 조직’, ‘적절하고 명확하게 역할이 부여된 합리적인 조직’, ‘고객지향적인 고객친화적 조직’으로 변화시켰습니다. 또한, 행정발전교육센터를 신설하여 적극투자함으로써 행정분야에서 근무하는 직원들이 지속적으로 자기계발을 할 수 있도록 장려하고, 행정업무에 실질적으로 도움을 줄 수 있는 강좌를 개설하여 행정역량을 제고함으로써 행정서비스의 질을 향상할 수 있도록 했습니다.
구성원들간 원활한 소통이 이루어질 수 있도록 다양한 채널을 설치하고 의견을 청취하는데 많은 노력을 기울였습니다. 우리나라 대학 최초로 총장자문기구로 옴부즈퍼슨 제도를 도입하여 학내에서 발생하는 다양한 고충을 청취하고 중재하였고, 고객만족센터를 설치하여 구성원에게 제공되는 학교서비스의 질을 제고하였으며, 인권윤리센터를 신설하여 인권‧윤리 침해 예방 및 신속한 피해구제를 통해 구성원의 인권을 보호하고 평등하고 다양성이 존중되는 캠퍼스 문화를 조성하였습니다. 총장과 학교 구성원간의 소통은 특정한 시간이나 특별한 기회를 만들어 하는 것이 아니라 상시 자연스럽게 이루어져야 합니다. 총장실 개방, 찾아가는 커피아워, 학부 및 대학원생 초청 간담회, 구성원과의 이메일 교환 등을 통해 여러분의 작은 목소리에도 귀를 기울이려고 적극적으로 노력했고, 교내를 오가며 우연히 만나 나눈 대화들 또한 학교를 운영하는데 큰 도움이 되었습니다.
우리학교는 대전시민들로부터 큰 사랑과 관심을 받고 있습니다. 대전광역시청, 유성구청, 충남대학교 등 지역의 여러 기관들과 긴밀히 소통하며 더불어 사는 길을 마련하고자 노력했습니다. 그 결과, 충남대학교와 우리학교 사이에 위치한 담을 허물고 열린길을 만들었고, 카이스트교를 개통하여 대전시민들에게 한발짝 더 다가가는 계기를 마련하였습니다. 한마음봉사단, 학생들의 김장봉사, 지역의 소외계층을 위한 교육봉사 등을 통해 KAIST가 먼저 지역사회에 다가가는 활동을 장려하고 지원하였으며 이러한 활동은 앞으로도 적극적으로 활성화되어야 할 것입니다.
지난 4년간 지속적인 인프라 개선사업을 추진하여 세계적인 대학의 명성에 걸맞는 교육과 연구를 지원하고 양질의 생활환경을 제공할 수 있는 인프라가 구축되었습니다. 현재 정문술 2관 신축공사가 마무리 되었고, 학술문화창의관 신축과 중앙도서관 리모델링 사업이 진행 중입니다. 우리 캠퍼스는 Startup KAIST Studio 2 신축, 의학연구동(약국) 신축, International Village C동 리모델링, 반도체동(새늘동) 리모델링, 대강당 리모델링, 기계공학동 리모델링, Startup Village 리모델링, 서울캠퍼스 해정사와 8‧9호관 리모델링, 노천극장 리모델링, 화암기숙사 리모델링(예정), 에코 캠퍼스 구축(소나무 이식 등), 안전한 캠퍼스 구축(도로 및 보행자도로 개선 등) 등 신축공사와 노후건물 및 시설의 보수공사 등으로 빠르게 변화하였습니다. 인프라 확충사업 외에도, 문지캠퍼스에 IBS 사업단, 녹색교통대학원 등을 이전하여 기존 스페이스를 효율적으로 사용할 수 있는 방안에 대해 다양한 논의가 진행되고 있습니다.
국제화를 추구하고 다양성을 존중하는 문화는 앞으로 우리학교가 지속적으로 발전하는 원동력이 될 것입니다. 그동안 외국인 교원 10%, 외국인 학생 10%, 여성 교원 10%를 목표로 삼고 우수한 인재를 유치하기 위해 최선을 다한 결과 이제는 10:10:10 이니셔티브(Initiative)를 20:20:20 이니셔티브(Initiative)로 그 목표를 수정할 단계에 이르렀습니다. 나눔관 공동 Kitchen 환경개선, 교내 PODCAST를 통한 외국인 구성원들과의 소통, 할랄푸드 카페테리아(Hallal Food Cafeteria) 오픈, Bilingual 캠퍼스 구축사업, 해외 유수대학들과의 공동학위 프로그램 개설, 해외 인턴십 프로그램 확충, 젠더평등을 위한 제도개선, 여성휴게실 및 육아시설 개선 등 지금까지 우리가 기울였던 노력은 앞으로도 반드시 지속되어야 할 것입니다.
KAIST에 대한 국내외적 관심은 앞으로 더욱 커질 것으로 생각됩니다. 최근 4년간의 학부 지원자 경쟁률 추이가 가파르게 상승하고 있으며, 매우 우수한 학생들이 매년 입학하고 있습니다. 새내기는 물론 재학생들의 학교생활 만족도 또한 지속적으로 향상되면서 학생들의 학교에 대한 관심과 사랑으로 이어지고 있습니다. 최근 재학생, 동문, 학부모 등 우리학교와 직접적으로 관계된 분들의 기부가 급격히 늘어나는 새로운 기부문화가 형성되었고, 지난 4년간 기부건수는 2만 6천여건에 이르며 기부금 총액은 708억여원에 달합니다.국내외의 유수 기관에서 KAIST를 벤치마킹하기 위해 많은 분들이 찾아오고 있고, 몇몇 국가에서는 KAIST 분교를 자국에 설치해 달라는 요청을 한바 있습니다. 이러한 변화는 Happy Campus를 만들기 위한 우리 구성원들의 부단한 노력의 결과라고 생각합니다.
사랑하는 KAIST 가족 여러분,
2017년 신년사는 제가 KAIST 총장으로서 여러분께 드리는 마지막 신년사 입니다. 이사회에서 신임 총장 선임절차가 진행중이며, 2017년 2월 23일 이취임식을 끝으로 저는 여러분과 함께 했던 4년간의 KAIST 생활을 마치고 정들었던 교정을 떠납니다.
KAIST 총장으로서 제게 허락하는 시간까지 단 한 명의 구성원이라도 소외되지 않고 Happy Campus에서 꿈을 펼칠 수 있도록 최선을 다해 노력하겠습니다. 여러분과 함께 했던 지난 4년은 제게 큰 행복이자 영광이었습니다. KAIST를 세계 최고의 대학으로 성장시키고 해피 캠퍼스를 구축하기 위해 각자의 분야에서 헌신해 준 KAIST 전체 가족 여러분께 진심으로 감사드립니다.
여러분은 KAIST의 미래이자 대한민국을 이끌어가는 원동력입니다. 그동안 일구어낸 성과를 바탕으로 각자의 위치에서 인류와 국가의 발전에 공헌 할 수 있는 더욱 큰 꿈을 꾸고 그 꿈을 이루기 위해 최선을 다해주시길 바랍니다.
2017년은 우리 KAIST 가족 여러분의 모든 꿈이 실현되는 희망찬 한 해가 되기를 기원합니다. ‘제4차 산업혁명의 허브(hub)’이자 ‘Students-Centered, Faculty-Driven World’s Best Research University’를 향한 여러분의 도전을 응원합니다.
감사합니다.
2017년 1월 1일
KAIST 총장 강성모
2017.01.02
조회수 21287
-
박준용 박사과정, 한국다우케미칼 어워드 대상 수상
우리학교 신소재공학과 박사과정 박준용 학생이 우수 논문을 시상하는 ‘한국다우케미칼 어워드’에서 대상을 수상했다.
시상식은 18일 일산 킨텍스에서 열린 대한화학회 춘계학술회에서 거행됐다.
대한화학회와 공동으로 개최된 2014 ‘한국다우케미칼 어워드’에는 국내 대학 석 · 박사 과정 재학생 및 박사 후 연구원들의 우수 논문 148편 중 9편이 선정됐으며 대상 수상자에게는 300만원의 상금이 수여됐다.
대상으로 선정된 논문은 <3차원 나노구조 기반 신개념 초신축성 소재>로, "유연한 디스플레이, 웨어러블 컴퓨터와 같은 차세대 신축성 소자에 핵심적인 소재를 대면적 3차원 다공성 나노 구조 고무박막 제작을 통해 구현한 연구내용으로, 국내 전자소재 분야의 차세대 원천기술을 확보하는데 크게 기여했다."는 심사평을 받았다.
2014.04.30
조회수 12305