▲ 종이기반의 고민감도 압력센서와 3D 포스터치 키보드.

국내 연구진이 고비용의 공정 없이 고민감도 압력을 구현하는 종이 기반의 압력센서를 개발했다.

한국연구재단(이사장 조무제)은 심우영·이태윤 교수(연세대학교) 연구팀이 주변에서 쉽게 구할 수 있는 종이와 연필을 이용해 고감도 3D 터치 센서를 개발했다고 밝혔다.

사물인터넷(IoT) 시대를 맞아 다양한 센서 기술에 대한 수요가 증가하고 있으며, 최근에는 표면에 인공적인 미세구조를 형성하여 민감도와 유연성을 높이는 압력센서 연구가 활발하게 진행되고 있다.

그러나 표면 미세구조 형성은 고가의 재료가 필요한 데다 포토리소그래피(Photolithography), 증착(deposition), 식각(etching) 등의 복잡한 공정이 필요해 고가의 제작비용이 요구되는 단점이 있었다.

이에 연구팀은 별도의 표면 미세구조 형성 과정 없이 종이 자체의 표면 거칠기를 활용해 고민감도 압력센서를 제작하는 데 성공했다.

종이 소재는 표면에 미세한 굴곡을 가지고 있어 두 장의 종이를 겹쳐놓을 경우 이러한 요철에 의해 면과 면이 완전히 접촉하지 않고 종이 사이에 공기층이 생기는 특징이 있다.

연구팀은 이러한 종이의 거친 표면에 연필로 전극을 형성한 후 얇은 유전층을 도포해 정전식 압력센서를 제작했으며, 두 장의 종이가 미세한 표면 굴곡에 의해 쉽게 눌리는 특성을 이용해 고민감도의 압력 감지 기능을 극대화했다.

이렇게 완성된 압력센서는 쌀 한 톨(8mg) 무게를 구분할 정도의 초고감도 특성을 보였으며, 사용자의 터치 세기에 따라 소문자와 대문자를 출력하는 3D 터치 기능을 구현했다.

심우영 교수는 “종이 자체의 표면 특성을 통해 압력센서의 민감도와 제작의 용이성을 크게 높이고, 재료 자체의 거칠기를 활용하는 압력센서 연구의 새로운 패러다임을 제시하였다”라며 “웨어러블 기기와 사물인터넷 등에 널리 응용될 수 있을 것으로 기대된다”라고 연구의 의의를 설명했다.

한편, 이 연구 성과는 과학기술정보통신부 한국연구재단 기초연구지원사업(개인·집단연구) 등의 지원으로 수행됐다. 국제학술지 스몰(Small) 11월 14일자 표지논문으로 게재됐다.