거미 감각기관 모사한 초고감도 균열 센서

[산업일보]
국내연구진이 미세균열(nano crack)을 이용해 변위·진동·압력·음성 등을 기존 센서보다 100~1000배 향상된 감도로 측정할 수 있는 초고감도 센서를 제작했다.

연구진은 거미가 미세한 진동을 감지하는 감각기관에 미세균열이 있는 것에서 착안해, 그 원리를 규명하고 이를 모사한 초감도 감지센서를 제작했다. 향후 다양한 분야에 응용돼 기존보다 훨씬 더 감도가 좋은 센서가 제작될 것으로 기대된다.

이번 연구는 미래창조과학부가 지원하는 글로벌프론티어사업의 멀티스케일에너지시스템연구단(단장 최만수)을 통해 이루어졌으며, 최만수 교수(서울대)와 김태일 교수(성균관대)의 공동 연구팀이 수행했다. 또한, 연구결과는 네이처(Nature)지에 게제됐다.

거미는 미세한 주위 진동을 감지하는 매우 우수한 감각능력을 가지고 있다. 이는 거미의 발목 근처에 존재하는 균열(crack) 형태의 감각기관이 진동을 감지하기 때문이다.

거미의 감각기관은 부드러운 내부와 균열이 있는 딱딱한 박막형태의 외부로 구성돼 있으며, 이 균열과 신경세포가 연결돼 있다. 외부에서 진동이 있는 경우 거미 감각기관에 있는 균열이 벌어지거나 좁혀지는 것을 신경세포가 감지한다.

연구팀은 거미의 균열형상의 감각기관을 모사해 유연폴리머 기판 위에 백금 박막을 올린 후, 미세균열(nano crack)을 형성했다. 그리고 이를 초고감도 센서로 작동할 수 있음을 보였다.

균열면 주위에 전류가 흐를 때, 균열이 완전히 접촉돼 있는 경우는 전기저항이 매우 작으나, 외부 자극에 의해 균열이 벌어지게 되는 경우 전기저항이 크게 변화하게 된다. 이 저항의 변화를 측정하면 주위의 진동 등 미세한 물리적 변위를 측정할 수 있다.

연구팀은 이 원리를 이용해 현재 센서보다 감도가 100~1000배 더 향상된 초고감도 센서를 개발했다.

최만수 단장은 “이번 연구는 변위센서 이외에도 음성 인식 센서, 피부에 부착시켜 인체의 생리적 변화를 측정할 수 있는 유연센서, 압력 및 유량 센서 등에서 감도를 획기적으로 개선할 다양한 응용 가능성이 있다. 아울러, 이번 연구는 작년 6월말 불의의 사고로 사망한 (고)서갑양(서울대) 교수가 주도했던 연구로, 이 연구의 저자들은 이 논문을 서갑양 교수에 헌정하기로 했다”고 밝혔다.