저렴함, 압박감

Sep 09, 2023

일련의 시연(Nature Materials에 게재)에서 서울대학교 멀티스케일 생체모방 시스템 연구실의 과학자들은 물방울의 낙하, 손목의 사람 맥박, 심지어는 사람의 맥박까지도 느낄 수 있을 만큼 민감한 압력 감지 막을 선보였습니다. "전자 피부"를 가로질러 걷는 무당벌레의 속삭이는 가벼운 발걸음.

이 장치에는 두 장의 폴리우레탄 아크릴레이트가 포함되어 있습니다. 9cm x 13cm 크기의 이 시트는 각각 직경이 100nm, 높이가 1000nm인 미세한 폴리머 털의 촘촘한 배열로 성형됩니다. 각각의 모발은 20nm 백금층으로 코팅되어 기저막(전도도를 향상시키기 위해 처리된 폴리디메틸실록산)에 결합됩니다.

그런 다음 두 개의 섬모 시트가 두 개의 벨크로 조각처럼 서로 마주보게 결합됩니다. 상단 레이어의 섬유는 하단의 섬유와 맞물립니다. 그러나 기계적 후크 앤 루프 제본 대신 반 데르 발스 인력에 의해 시트가 강력하게(그러나 가역적으로) 결합됩니다. 나노섬유 샌드위치는 층 사이에 전류를 전도하고, 맞물린 털 사이의 총 접촉 면적이 다양해짐에 따라 저항도 변합니다. 기저막을 만지거나 밀거나 비틀면 메쉬형 나노털이 문지르고 구부러지며 변화하는 전류는 무슨 일이 일어나고 있는지 보여줍니다. 실제로 직교 압력, 측면 전단 및 비틀림은 서로 다른 반응 곡선을 생성하므로 장치는 밀기, 문지르기 및 비틀기의 차이를 구분할 수 있습니다.

시스템의 게이지 계수(변형 변화로 인한 저항 변화)는 직접 압력의 경우 약 11.5, 전단의 경우 0.75, 비틀림에 대한 반응의 경우 8.53이었습니다. 이에 비해 그래핀 필름을 기반으로 한 직접 압력 센서의 게이지 계수는 약 6.1이며, 기존 금속 호일 센서의 경우 계수는 약 2.0입니다. (이러한 다른 센서는 한 방향으로만 변형률을 감지합니다. 압력, 전단 및 비틀림을 감지하려면 각 변형 방향에 대해 별도의 센서를 사용하여 특별히 제작해야 합니다.)

요약하자면, 연구진은 "나노 인터로킹 메커니즘은 복잡하게 통합된 나노재료 어셈블리나 층상 어레이를 필요로 하지 않으므로 고성능, 대면적 스트레인 게이지 센서를 위한 간단하고 저렴하면서도 견고한 감지 플랫폼을 가능하게 합니다."라고 말합니다.

사진: 방창현 / 서울대학교