◇ 경희대, 피부처럼 늘어나는 반도체 개발…"전자피부 기술 혁신"

경희대학교 화학공학과 오진영 교수 연구팀이 체온을 측정할 수 있는 초저전력 고감도 전자피부용 반도체 온도센서를 개발했다고 지난 4일 밝혔다.

오 교수 연구팀은 피부처럼 늘어나는 반도체 소자를 활용해 전자피부용 센서 개발에 물꼬를 텄다. 늘어나도 전기적으로 안정적인 반도체 트랜지스터 소자를 활용했다. 초저전력 고감도 온도 측정이 가능하도록 문턱전압 이하의 트랜지스터 전류를 사용했다. 이 영역에서 전압은 낮고 온도에 민감한 전류 흐름을 보이면서 초저전력 고감도 온도 측정이 가능했다. 

신축성과 감도도 발전했다. 개발된 센서는 100% 늘어난 상태에서도 1도당 9.4%의 높은 온도 변화 감도를 기록했다. 반도체 트랜지스터는 액티브 매트릭스 방식의 고집적 반도체 소자로 개발됐다. 그 결과 기존 마이크로 와트 대비 소비 전력은 1000배 이상 감소했다.

◇ DGIST 연구팀, 유해 화학물질 ‘휴대폰 카메라’로 관측 방법 개발

대구경북과학기술원(DGIST)은 화학물리학과 박진희 교수 연구팀이 휴대폰 카메라로 유해 화학 물질을 쉽게 찾아내는 새로운 방법을 개발했다고 3일 밝혔다. 

박 교수 연구팀은 ‘금속유기구조체’라는 물질을 이용해 색깔의 변화를 일으키는 센서를 개발했다. 이 센서는 6가지 용매를 이용해 만들어지며 이를 통해 14가지의 휘발성유기화합물과 물을 구별해낼 수 있다.

특히 고정밀 필름을 저렴하고 손쉽게 제작할 수 있는 방법을 개발해 맨눈으로도 색상 변화를 관찰할 수 있게 했다. 또 휴대전화를 이용해 색깔 변화를 분석하면 사람의 코로는 감지하기 어려운 낮은 농도의 유해 화합물도 정성적·정량적으로 정확히 찾아내고 분석할 수 있다. 습도가 높은 환경에서도 성능이 잘 유지되고 환경오염 감지나 가스 유출 예방 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

◇ 고려대·서울시립대 연구팀, 메탄→에탄올 전환 전기화학 촉매 개발

고려대학교 문준혁 화공생명공학과·스마트모빌리티학부 교수와 유종석 서울시립대학교 교수 연구팀이 상온에서도 고효율로 메탄을 에탄올로 전환하는 전기화학촉매를 개발했다고 4일 밝혔다.

연구팀은 전기화학 촉매를 이용해 상온에서 메탄을 에탄올로 전환하는데 성공했다고 전했다. 연구팀은 탄산이온 용액에 포함된 산화철 촉매에 전압을 인가하는 경우 탄산이온이 분해돼 촉매표면에 활성 산소가 형성되고, 이 활성 산소에 의해 메탄이 쉽게 산화 된다는 것을 규명했다. 

또 산소의 결합을 촉진하는 친산소성 지르코니움 원소를 도입해 촉매 활성을 극대화했다. 연구팀은 상온에서 1677μmol/gcat/hr의 에탄올 생성 속도와 91%의 높은 에탄올 선택도를 달성, 이 생성속도와 선택도는 최근 보고된 액상 메탄-알코올 촉매적 전환 결과를 뛰어넘는다. 

◇ KAIST, 초저전력으로 34배 큰 힘 내는 인공근육 소자 개발

한국과학기술원(KAIST)은 기계공학과 오일권 교수 연구팀이 소프트 로봇, 의료기기, 웨어러블 장치 등을 초저전력으로 구동하며 무게 대비 34배의 큰 힘을 내는 이온성 고분자 인공 근육을 이용한 유체 스위치를 개발했다고 4일 밝혔다. 

연구팀은 좁은 관 속에서도 큰 힘을 내며 유체 흐름을 제어할 수 있는 이온성 고분자 인공 근육을 개발해 소프트 유체 스위치로 활용했다.

이온성 고분자 인공 근육은 금속 전극과 이온성 고분자로 구성돼 전기에 반응해 힘과 움직임을 발생시킨다. 초저전력(0.01V 이하)에서 구동하면서 무게 대비 큰 힘을 낼 수 있도록 인공 근육 전극 표면에 유기 분자를 결합해 만든 다공성의 공유결합성 유기 골격구조체(pS-COF)를 사용했다. 

그 결과, 머리카락 정도의 얇은 두께로 제작된 인공 근육은 가벼운 무게(10mg) 대비 34배 이상의 큰 힘을 내며 부드러운 움직임을 보였다.

◇ 햇빛만으로 자가발열 극대화한 금나노입자 필름 개발

햇빛만으로 결빙을 방지해 항공기 방빙 등 겨울철 산업 현장 곳곳에서 쓰일 수 있는 '금 나노 입자' 필름이 개발됐다. 

KAIST는 김형수 기계공학과 교수 연구팀과 윤동기 화학과 교수 연구팀이 공동으로 햇빛에도 구동되는 방빙·제빙용 금나노셀룰로스-금나노입자 필름 코팅 기술을 개발해 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 지난해 12월 8일 온라인 게재했다고 3일 밝혔다.

머리카락 굵기보다 얇은 금 나노막대(GNR)는 스스로 발열하는 자가발열 성질을 갖고 있다. 여기에 생체 적합성, 화학적 안정성, 비교적 쉬운 합성 방법 등 코팅에 활용하는 데 적합한 특성이 있어 결빙 방지용 필름용으로 유망한 나노물질로 꼽힌다. 

연구팀은 금 나노막대의 자가발열 기능을 극대화하기 위해 별도의 화학적 첨가제 없이 상온상압 조건에서 금 나노막대의 입자를 균일하게 증착·정렬하는 기술을 개발했다.

◇ 포스텍 김기훈 교수 연구팀, 손목 회전 가능한 로봇 의수 개발

포스텍은 2일 기계공학과 융합대학원 김기훈 교수와 기계공학과 최서영 연구원이 로봇 의수에 손목 회전 모듈을 도입, 신체에 무리를 주지 않고 자연스러운 움직임을 구현하는데 성공했다고 밝혔다.

연구팀은 이 연구를 통해 교통사고로 엄지와 검지를 잃은 환자용 의수를 새로 개발했다.

새로 개발된 의수는 뇌에서 근육으로 보내는 신호센서를 감지해 움직이는데, 기존과 달리 회전 모듈을 도입해 환자가 손목을 자유롭게 움직일 수 있다.

연구팀이 개발한 의수와 정상인의 팔과 상반신 근육 움직임을 비교·분석한 결과 손을 뻗어 물건을 잡는 동작이 정상인 수준이며, 손 기능 평가에서도 기존 의수 대비 기능이 30% 이상 향상된 것으로 나타났다.

◇ 포스텍, 다공성 유기층을 나노 입자에 증착한 금속 촉매 개발

포스텍(POSTECH)은 이인수 화학과 교수·아밋 쿠마르 연구교수·박사과정 아눕합 아차르야 씨 연구팀이 빛으로 다공성 유기층을 금속 촉매에 증착해 효율성과 선택성 모두 높인 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.

연구팀은 금속의 전자와 빛의 상호작용인 플라즈모닉 현상을 이용하면 전자 활성도를 높일 수 있다. 먼저 플라즈모닉 특성을 가진 금(Au) 나노 입자 표면의 전자를 빛으로 활성화했다. 그리고, 수 나노미터(㎚) 두께를 지니는 팔라듐(Pd) 촉매 박막과 다공성 유기층(pCOL) 박막을 연속적으로 표면에 증착했다.

pCOL의 다공성 구조는 촉매 표면에 불순물이 흡착되는 것을 막고, 반응에 필요한 분자들이 쉽게 흡·탈착할 수 있는 환경을 만들었다. pCOL이 증착된 금속 촉매로 반응 효율과 선택성 모두 높이는 데 성공했고, 여러 번 반복해서 사용한 후에도 우수한 성능을 유지했다.