이온채널 센서 개발로 ‘기계, 전자’ 응용소자 활용 기대 신개념 웨어러블 압력소자 ‘이온채널 센서’ 개발 초고감도 압력센서 개발로 ‘기계, 전자’ 등 응용 소자 활용을 기대할 수 있게 됐다.미래창조과학부(이하 미래부)와 글로벌프런티어 나노기반소프트일렉트로닉스 연구단은 최근 “‘인체 피부 감각기관’을 세포 수준까지 심층적으로 모사해 압력 강도에 따라 저전력 또는 무전원으로 작동하는 부착 가능한 초고감도 소프트 압력센서를 개발했다”고 밝혔다.이 기술의 핵심인 이온채널 센서는 인체 감각기관 생체 세포의 메커니즘을 모방한 인공센서로 이온 액체의 운동에너지를 활용, 저전력 또는 무전원 등의 많은 에너지원이 필요하지 않아 반영구적으로 사용할 수 있다는 것이 특징이다. 또한, 전자회로, 증폭기 등 많은 양의 전자소자가 필요하지 않고 유연성을 가져 인체의 곡면 부위와 다양한 형상에서도 압력 검출을 할 수 있는 신개념 웨어러블 압력소자다.미래부 측과 연구관계자는 “이온채널 센서는 기존의 개념과 전혀 다른 새로운 형태의 센서로서 사물인터넷(IoT)을 포함해 소모 전력이 문제가 되는 기계, 전자, 에너지, 환경 등 많은 산업 분야에 적용이 가능하다. 또한, 동물의 감각기관을 모사한 센서 개발 등 새로운 개념의 다양한 센서를 창출하는 핵심 원천 기술이 될 것으로 기대된다”며 연구의 의의를 설명했다. 한편, 한창수 고려대학교 기계공학부 교수의 연구팀은 미래창조과학부 글로벌프론티어사업 소프트일렉트로닉스연구단 지원으로 연구를 수행하고 있으며, 이 연구는 세계적인 권위의 나노 분야 학술지 ACS 나노(ACS Nano)지 온라인에 게재됐다. 다음은 한창수 교수와의 일문일답이다. Q1. 연구를 시작한 계기나 배경은?A. 기존의 센서에서 발견되는 여러 가지 문제점에 대해 고민하고 생각하던 중, 생체에서 발현되는 다양한 외부 힘에 대해서 미묘하면서도 정확하고 안정적인 반응을 보면서 이를 모방하거나 모사하면 새로운 패러다임의 센서를 개발할 수 있지 않을까 하는 기대로 연구를 시작하게 됐고, 먼저 인체의 오감중 촉각과 관련되는 압력센서에 대해 생체의 이온채널 시스템을 모방하여 이를 구현하고자 했다.Q2. 연구하면서 장애요소를 어떻게 극복했나?A. 큰 어려움은 없었으나, 수용기, 전해질, 이온채널(나노, 마이크로 기공)의 인자가 상호적으로 매우 밀접하고도 중요한 관계에 있어서 이를 찾아내는데 초기 장애가 되었다. 특히 전해질과 이온채널과의 물리적, 기계적 현상이 매우 흥미로웠으며 보다 깊은 연구가 필요했다. 이는 이론적인 면과 더불어 극복 돼야 할 것이다.Q3. 이번 성과의 특별한 점은 무엇인가?A. 기존의 전기회로 방식의 압력센서와 달리 이온채널 기반 압력센서는 전기회로나 다른 부수적인 장치가 필요하지 않으며, 특히 낮은 구동전력 혹은 무전원으로 이를 작동시킬 수 있다는 점에서 매우 고무적이라 할 수 있다.Q4. 꼭 이루고 싶은 목표와, 향후 연구계획은?A. 향후 연구계획은 무전원으로 다양한 미세 압력을 감지할 수 있는 이온채널 기반 압력센서를 개발하는 것이다. 또한, 인체에 무해하게 부착은 물론 삽입이 가능하며 일정한 구부림, 휨, 꼬임에 있어서도 안정적으로 구현될 수 있는 센서 개발을 목표로 하고 있다.

이온채널 센서 개발로 ‘기계, 전자’ 응용소자 활용 기대

신개념 웨어러블 압력소자 ‘이온채널 센서’ 개발

기사입력 2016-04-29 12:00:00

좌측부터 ‘이온채널 압력센서 장치’와 ‘혈압 펄스의 측정 사례 및 무전원 센서’ (자료: 미래부)

[산업일보]
초고감도 압력센서 개발로 ‘기계, 전자’ 등 응용 소자 활용을 기대할 수 있게 됐다.

미래창조과학부(이하 미래부)와 글로벌프런티어 나노기반소프트일렉트로닉스 연구단은 최근 “‘인체 피부 감각기관’을 세포 수준까지 심층적으로 모사해 압력 강도에 따라 저전력 또는 무전원으로 작동하는 부착 가능한 초고감도 소프트 압력센서를 개발했다”고 밝혔다.

이 기술의 핵심인 이온채널 센서는 인체 감각기관 생체 세포의 메커니즘을 모방한 인공센서로 이온 액체의 운동에너지를 활용, 저전력 또는 무전원 등의 많은 에너지원이 필요하지 않아 반영구적으로 사용할 수 있다는 것이 특징이다. 또한, 전자회로, 증폭기 등 많은 양의 전자소자가 필요하지 않고 유연성을 가져 인체의 곡면 부위와 다양한 형상에서도 압력 검출을 할 수 있는 신개념 웨어러블 압력소자다.

미래부 측과 연구관계자는 “이온채널 센서는 기존의 개념과 전혀 다른 새로운 형태의 센서로서 사물인터넷(IoT)을 포함해 소모 전력이 문제가 되는 기계, 전자, 에너지, 환경 등 많은 산업 분야에 적용이 가능하다. 또한, 동물의 감각기관을 모사한 센서 개발 등 새로운 개념의 다양한 센서를 창출하는 핵심 원천 기술이 될 것으로 기대된다”며 연구의 의의를 설명했다.

한편, 한창수 고려대학교 기계공학부 교수의 연구팀은 미래창조과학부 글로벌프론티어사업 소프트일렉트로닉스연구단 지원으로 연구를 수행하고 있으며, 이 연구는 세계적인 권위의 나노 분야 학술지 ACS 나노(ACS Nano)지 온라인에 게재됐다.

다음은 한창수 교수와의 일문일답이다.

Q1. 연구를 시작한 계기나 배경은?
A. 기존의 센서에서 발견되는 여러 가지 문제점에 대해 고민하고 생각하던 중, 생체에서 발현되는 다양한 외부 힘에 대해서 미묘하면서도 정확하고 안정적인 반응을 보면서 이를 모방하거나 모사하면 새로운 패러다임의 센서를 개발할 수 있지 않을까 하는 기대로 연구를 시작하게 됐고, 먼저 인체의 오감중 촉각과 관련되는 압력센서에 대해 생체의 이온채널 시스템을 모방하여 이를 구현하고자 했다.

Q2. 연구하면서 장애요소를 어떻게 극복했나?
A. 큰 어려움은 없었으나, 수용기, 전해질, 이온채널(나노, 마이크로 기공)의 인자가 상호적으로 매우 밀접하고도 중요한 관계에 있어서 이를 찾아내는데 초기 장애가 되었다. 특히 전해질과 이온채널과의 물리적, 기계적 현상이 매우 흥미로웠으며 보다 깊은 연구가 필요했다. 이는 이론적인 면과 더불어 극복 돼야 할 것이다.

Q3. 이번 성과의 특별한 점은 무엇인가?
A. 기존의 전기회로 방식의 압력센서와 달리 이온채널 기반 압력센서는 전기회로나 다른 부수적인 장치가 필요하지 않으며, 특히 낮은 구동전력 혹은 무전원으로 이를 작동시킬 수 있다는 점에서 매우 고무적이라 할 수 있다.

Q4. 꼭 이루고 싶은 목표와, 향후 연구계획은?
A. 향후 연구계획은 무전원으로 다양한 미세 압력을 감지할 수 있는 이온채널 기반 압력센서를 개발하는 것이다. 또한, 인체에 무해하게 부착은 물론 삽입이 가능하며 일정한 구부림, 휨, 꼬임에 있어서도 안정적으로 구현될 수 있는 센서 개발을 목표로 하고 있다.

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김현지 기자 press1@kidd.co.kr

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