• [ 문홍철 교수 연구실 ] 스스로 구동 메커니즘을 조절하는 차세대 이온 피부 기술 개발
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  • 2025-09-15 09:50:52|
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<   박사과정 권 진 한  >                                                           <  문 홍 철 교수 >






사물인터넷(IoT), 인공지능(AI), 빅데이터 등 첨단 기술의 발전으로 사람과 기계의 경계가 점차 허물어지고, 물리적 거리를 뛰어넘어 전 세계가 연결되는 언택트 시대가 도래하고 있다. 이에 따라 가상세계와

현실세계를 잇는 증강현실(AR)·가상현실(VR) 기술 개발이 본격화되고 있으며, 실제와 유사한 현존감과 높은 몰입감을 제공할 수 있는 실감형 콘텐츠에 대한 수요가 확대되고 있다. 이러한 흐름 속에서 인간의

오감 인지 메커니즘을 모방한 이온성 피부(ionoskin) 기술이 주목받고 있다. 이는 기존 무기물 기반 센서와 달리 다양한 신체 변형에 맞춰 유연하게 변형될 수 있는 차세대 센서 플랫폼으로, 차별화된 사용자

경험을 구현하기 위한 핵심 기술이다.


생명화학공학과 문홍철 교수 연구팀은 고민감도·광범위 감지 가능한 고성능 이온성 피부 기술을 성공적으로 구현했다. 이번 기술은 기존 웨어러블 센서가 가지고 있던 민감도–구동 범위 간 상충 관계를 전기-

이온 이중 모드(Electrical-Ionic Dual Mode)로 극복하고, 다양한 전자기기와의 연결성을 갖춘 웨어러블 센서 플랫폼으로의 활용 가능성을 입증하였다.


연구팀이 개발한 신규 이온성 피부는 전기전도층*(Electrical conducting layer, AgNWs)과 이온전도층**(Ionic conducting layer, Ionogel)을 적층한 이중층(bilayer) 구조를 갖추고 있다. 이 구조를 통해 구현된

전기-이온 이중 모드는 외부 변형 강도에 따라 감지 메커니즘을 신속히 전환하며, 그 결과 높은 민감도와 넓은 감지 범위를 동시에 실현할 수 있다.

*전기전도층: 전자, 홀이 직접 전하를 전달하는 층

**이온전도층: 양이온, 음이온을 매개로 전하를 전달하는 층




 



< 전기-이온 이중 모드 웨어러블 센서 플랫폼 모식도 >



 

전기-이온 이중모드 웨어러블 센서는 구동 스트레인 범위에 따른 서로 다른 두 매커니즘이 선택적으로 구동하며, 낮은 스트레인 영역에서는 전기전도층이 외부 인장(Stretching)에 따라 미세 균열(Crack)이

발생하며 높은 저항 변화를 통해 고감도를 확보 가능하며, 높은 스트레인 영역에서는 이온전도층의 기하학적 변화* (Geometric deformation)를 통한 저항 변화를 이용하여 넓은 인장 범위를 감지할 수 있었다.

특히 연구팀은 두 층의 구동 조건을 정밀하게 최적화하여 감지 메커니즘이 전환될 때 신호 지연 없이 자연스럽게 모드 전환이 이루어지도록 구현했다.

*기하학적 변화: 소재의 길이와 단면적 등 치수가 변형되는 현상



그 결과, 해당 웨어러블 센서는 기존 기술 대비 민감도가 50배 이상 향상되었으며, 스트레인 감지 범위 역시 13배 이상 확대되었다. 이를 통해 연구팀은 맥박과 같은 미세한 생체 신호부터 역동적인 신체 동작에

이르기까지 폭넓은 감지가 가능함을 입증하였다.

 
문홍철 교수는 “이번 연구는 기존 웨어러블 센서의 한계를 넘어 보다 정밀하고 광범위하게 인체의 움직임을 감지할 수 있는 차세대 이온성 피부를 구현한 것”이라며, “향후 AR/VR 인터페이스, 로봇용 정밀 감지

센서 등 다양한 분야에서 폭넓게 활용될 것으로 기대된다”고 말했다.


이번 연구는 재료 분야 국제 학술지인 ‘Advanced Functional Materials’ 2025년 9월 4일자에 출판되었으며, 전면 표지논문(Front cover)으로 선정됐다.

※ 논문명: Dynamically Switchable Dual-Mode Wearable Sensory Platforms Based on Electrical-Ionic Bimodal Conductors



한편 이번 연구는 한국연구재단의 나노 및 소재기술개발사업 (나노커넥트) 및 중견연구 지원사업의 지원을 받아 수행되었다.




 
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