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나무뿌리 모방해 700% 쭉쭉 늘어나는 전자기판 개발
나무뿌리가 흙에 단단히 고정되는 구조를 모방해, 한국 연구진이 최대 700%까지 늘어나는 신축성을 확보하고 스트레처블 전자 제품의 상용화를 위한 새로운 기준을 제시했다. 특히 스마트 저항 밴드와 스트레처블 LED 디스플레이, 태양 전지와 같은 응용 사례를 통해 기술의 폭넓은 적용 가능성을 입증했다.
우리 대학 기계공학과 박인규 교수 연구팀이 한국전자통신연구원(ETRI)과 공동연구를 통해 스트레처블 전자 제품 개발에서 기존의 한계를 극복한 혁신적인 기술인 ‘생체 모사 인터페이스 설계(Bioinspired Interfacial Engineered Flexible Island, 이하 BIEFI)’를 개발했다고 6일 밝혔다.
이번 연구는 생체 모사 인터페이스 설계를 기반으로, 전자 제품의 유연성, 신축성과 기계적 내구성을 동시에 극대화하는 데 성공했다.
연구진은 주 뿌리(primary roots)와 보조 뿌리(secondary roots) 구조를 설계에 적용해 응력을 분산시키고, 기계적 인터로킹(interlocking)을 통해 두 기판 사이의 강력한 접착력을 구현했다.
이 구조에서 주 뿌리는 응력을 효과적으로 분산시키며 인터페이스 균열을 지연시키는 역할을 한다. 반면 보조 뿌리는 기판 사이의 접착력을 강화하고 변형 중에도 인터페이스의 안정성을 유지하도록 돕는다. 이러한 설계는 다양한 변형 상황에서도 높은 기계적 신뢰성과 소자의 성능을 제공한다.
이를 통해 연구팀은 최대 700%까지 늘어나는 신축성을 확보하고, 1,000회 이상의 물리적 변형 시도에도 안정적인 구조를 설계하는데 성공했다. 이 기술은 다양한 물리적 변형(늘림, 비틀림, 압축 등)에도 견딜 수 있도록 설계됐으며, 반복적인 변형에도 긴 사용 수명을 제공할 수 있음을 입증했다.
이 기술은 특히 실시간으로 운동 데이터를 측정할 수 있는 스마트 저항 밴드에 적용하여 사용자의 운동 강도와 균형을 정밀하게 분석할 수 있으며, 다양한 피트니스 활동에 적용할 수 있다.
또한, 스트레처블 LED 디스플레이는 늘림, 구부림, 비틀림 등 여러 변형에도 안정적으로 작동하며, 차세대 유연 디스플레이 기술의 가능성을 보인다. 더불어, 유연한 태양 전지는 에너지를 저장하고 LED를 구동하는 데 성공해, 에너지 하베스팅과 저장 장치로서의 잠재력을 입증했다.
박인규 교수는 “이러한 생체 모사형 설계가 차세대 전자 기술을 위한 새로운 표준이 될 수 있으며, 앞으로 인터페이스 설계의 최적화와 접착력 향상, 더욱 복잡한 뿌리 구조 모방 등을 통해 기술을 발전시켜 나갈 계획이다”라고 밝혔다.
이번 연구는 기계공학과 굴 오스만(Osman Gul) 박사과정이 제1 저자로 참여했으며, KAIST의 박인규 교수, 김택수 교수와 ETRI의 김혜진 박사가 연구를 총괄했다.
연구 결과는 유수의 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications)’에 2025년 2월 온라인판에 출판됐다. (논문명: Bioinspired Interfacial Engineering for Highly Stretchable Electronics)
(논문 링크 : https://www.nature.com/articles/s41467-025-56502-9)
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받아 한국연구재단 중견연구자지원사업 및 정보통신기획평가원(IITP)의 지원 아래 수행됐다.
2025.03.06 조회수 2172 -
해상도 높인 곤충 눈 구조 초박형 카메라 개발
바이오및뇌공학과 정기훈 교수 연구팀이 고해상도 이미징을 위한 곤충 눈 구조의 초박형 카메라를 개발했다. 이 카메라는 독특한 시각 구조를 가진 제노스 페키(Xenos peckii)라는 곤충의 눈을 모사해 개발돼, 상용 카메라보다 더 얇은 렌즈 두께와 넓은 광시야각을 갖는다. 이러한 특징을 이용해 모바일, 감시 및 정찰 장비, 의료영상 기기 등 다양한 소형 카메라가 필요한 분야에 적용 가능할 것으로 기대된다.
김기수 박사과정이 주도한 이번 연구결과는 국제 학술지 ‘빛 : 과학과 응용 (Light : Science & Applications)’ 2월 27일 자 온라인판에 게재됐다. (논문명: 고대비 고해상도 이미징을 위한 생체모사 초박형 카메라, Biologically Inspired Ultrathin Arrayed Camera for High Contrast and High Resolution Imaging)
최근 초소형 및 초박형 스마트 기기의 개발로 소형화된 이미징 시스템의 수요가 커지고 있다. 그러나 기존의 카메라는 물체의 상이 일그러지거나 흐려지는 현상인 수차를 줄이기 위해 다층 렌즈 구조를 활용하기 때문에 렌즈 두께를 감소하는 데 한계가 있다. 또한, 기존의 곤충 눈을 모사한 미세렌즈 배열(Microlens arrays)은 렌즈 사이의 광학 크로스토크(Optical crosstalk)로 인해 해상도가 저해되는 단점이 있다.
연구팀은 문제 해결을 위해 제노스 페키 곤충의 시각 구조를 모사한 렌즈를 제작했고 이를 이미지 센서와 결합해 초박형 카메라를 개발했다. 곤충의 눈은 렌즈와 렌즈 사이의 빛을 차단하는 색소 세포(pigment cells)가 존재해 각 렌즈에서 결상(어떤 물체에서 나온 광선 등이 반사 굴절한 다음 다시 모여 그 물체와 닮은꼴의 상을 만드는 현상)되는 영상들 간의 간섭을 막는다. 이러한 구조는 렌즈들 사이의 광학 크로스토크를 막아 고 대비 및 고해상도 영상을 획득하는 데 도움을 준다.
연구팀은 이러한 광 차단 구조를 포토리소그래피(Photolithography) 공정으로 매우 얇게 제작해 렌즈들 사이의 광학 크로스토크를 효율적으로 차단했다. 렌즈의 두께를 최소화하기 위해 렌즈의 방향을 이미지 센서 방향인 역방향으로 배치했으며, 이를 통해 최종 개발된 카메라 렌즈의 두께는 0.74mm로 이는 10원짜리 동전 절반 정도의 두께이다. 연구팀은 카메라의 원거리에 있는 물체를 모든 렌즈에서 같은 시야각을 통해 동일한 영상을 획득하고, 이 배열 영상들은 해상도를 하나의 이미지로 합성했다. 합성된 영상은 합성 전 단일 채널 영상보다 향상된 해상도를 가짐을 확인했다.
정기훈 교수는 “실질적으로 상용화 가능한 초박형 카메라를 제작하는 방법을 개발했다”라며 “이 카메라는 영상획득이 필요한 장치에 통합돼 장치 소형화에 크게 기여할 것으로 확신한다”라고 말했다.
2020.03.23 조회수 19497 -
KAIST, 삼성전기 삼성서울병원과 공동으로 세포벤치 연구센터 설립
- 삼성서울병원과 생체모사 세포 칩 공동연구
- 개인별 맞춤형 최적 항암제 발굴 및 임상적용 기술 개발
- 전자산업-의학 간 기술 융복합으로 의료 바이오 신 사업 창출
- 원천기술 조기 확보로 시장 선점, 암 환자들에게도 희소식
우리학교는 차세대 바이오(Bio) 분야에서 원천 기술과 우수 인력을 확보하기 위해 세포벤치(Bench)연구센터를 설립, 지난 17일 개소식을 가졌다.
정문술 빌딩에서 열린 이날 개소식에는 서남표 총장을 비롯해 삼성전기 기술총괄(CTO) 고병천 부사장, 삼성서울병원 임효근 진료부원장 등 관계자 100여 명이 참석했다.
KAIST-삼성전기-삼성서울병원 등 3개 기관이 협력하여 구성된 세포벤치연구센터는 우리학교 바이오 및 뇌공학과 조영호 교수가 센터장을 맡아, 생체모사 세포칩((Bio-inspired Cell Chip)을 이용한 개인별 맞춤형 항암제 발굴 및 임상적용 기술을 개발한다.
국내에서만 약 40 만 명에 달하고, 개인별로 큰 편차를 보이는 암에 대한 치료효과를 극대화하기 위해, 삼성전기의 첨단 소재 및 장비기술, KAIST의 바이오 소자 기술, 삼성서울병원의 임상 적용 기술 등을 결합, 의료 바이오의 새로운 분야를 개척할 계획이다.
세포벤치 연구센터 조영호 센터장(KAIST 바이오 및 뇌공학과 교수)은 초기에는 한국인 사망원인 1위인 폐암용 항암제 세포 칩 개발을 목표로 하고, 이를 기반으로 5대 고형암으로 확대해갈 계획이라고 밝혔다
이날 KAIST 서남표 총장은 환영사에서 “전자산업 및 학계, 의료계의 최고 전문가들이 세포벤치연구센터에서 서로의 강점 기술을 융/복합하여, 혁신적인 맞춤형 항암 치료 기술을 발굴, 과학기술의 새로운 장을 개척하기를 바란다”고 당부했다
삼성전기 기술총괄 고병천 부사장은 “바이오 세포칩 기술 개발은 그 동안 IT분야에 주력해 온 삼성전기에게도 새로운 사업 분야로 진입하는 의미 있는 도전이다”며 “삼성전기, KAIST, 삼성서울병원 등 최고 인력들의 공동연구를 통해 세포칩 분야의 원천기술을 확보해 새로운 비즈니스 모델을 창출하고, 질병으로 고통 받는 환자들에게도 간편하고도 효과적인 치료방법을 제시할 것”이라고 말했다.
<<용어해설>>
- 개인별 맞춤형 항암제: 환자의 유전적, 후천적 특성과 암의 종류 및 부위에 따라 항암제의 효능이 달라지므로, 개인별 항암제 치료의 특이성과 부작용을 고려한 최적의 항암제를 단기간에 선별하여 항암치료의 시기, 효과 및 신뢰성을 극대화 할 수 있는 약물치료 기술
- 생체모사 세포칩: 인간의 몸 속에서 세포가 분화 성장하는 환경과 과정을 인공적으로 모사하여 체외에서 세포를 성장시킬 수 있는 환경을 조성하고 극미량의 약물에 대한 반응(BT) 등 관련 정보(IT)를 고속으로 감지하고 분석할 수 있도록 나노/마이크로가공기술(NT)로 제작된 극미세세포배양 및 분석 칩(Chip)
- 세포벤치: 세포의 배양과 분석을 위한 세포칩과 이에 필요한 세포의 분리, 계수, 처리와 극미량배양액 및 약물의 고속 공급과 순환제어를 위한 전처리 과정과 세포의 추출, 파괴, 관찰을 위한 후처리 과정을 함께 결합한 바이오 벤치(Bench)
2008.11.17 조회수 20213