한양대, 고무처럼 늘려도 RF통신되는 E-스킨 세계 첫 개발

네이처 게재…최대 380% 늘어나는 탄력 신소재로 소자·회로 만들어

국내 연구진이 고무처럼 형태를 늘리거나 줄여도 RF통신이 되는 전자피부 'E-스킨'을 세계 처음 개발했다.

과학기술정보통신부는 한양대학교 융합전자공학부 정예환·유형석 교수 연구팀이 나노복합소재 기술을 이용한 신축성 웨어러블 무선통신 시스템을 개발했다고 23일 밝혔다.

이 연구결과는 국제 학술지 네이처 22일자(현지시간)에 게재됐다.

E-스킨을 공동 개발한 한양대학교 정예환(왼쪽), 유형석 교수.

연구팀은 신축성이 좋은 실리콘에 주목했다. 여기에 세라믹 나노입자를 혼합했다. 강유전 나노입자를 고분자 내에 자가조립할 수 있는 새로운 공정 기법으로 높은 유전율 변화와 유전손실 특성을 갖는 신축성 신소재(dielectro-elastomer)를 개발했다.

정예환 교수는 "이 신소재로  RF시스템 기판을 만들어 고무처럼 늘려도 원래의 고주파 특성을 완전히 유지할 수 있는 신축성 RF 전자기기를 제작했다"며 "테스트 결과 30%정도 늘어나거나 줄어도 무선통신 특성을 해치지 않았다"고 설명했다.

정 교수에 따르면 이 신소재는 최대 380%까지 늘어난다고 부연 설명했다.

연구팀은 또 30m까지 무선 신호를 정상적으로 주고받는데도 성공했다. 정 교수 설명에 따르면 이 E-스킨은 최대 90m까지 통신이 가능하다.

E-스킨을 기반으로 하는 웨어러블 기기는 의료, 건강관리 등 다양한 분야에서 활용된다. 그러나 이들 기기가 제대로 동작하려면 신축성 있는 무선 주파수(RF) 소자와 회로가 필수다.

무선주파수(RF) 회로는 고주파에서 동작하는 특성상 아주 조금만 늘어나거나 구부러지기만 해도 회로 작동 주파수 대역이 변해 쉽게 통신이 끊기거나 전력 송‧수신 효율이 급격하게 낮아지기 때문이다.

탄력이 좋은 RF소자 및 회로를 제작한 E-스킨 웨어러블 기기(위)와 나노복합탄성체 기반 신소재.

정예환 교수는 "이번에 개발한 소자로 웨어러블 기기를 만들어 피부에 부착하고 맥박이나 온도, 전기생리학신호, 움직임 등 다양한 생체 신호를 무선으로 받는데 성공했다"며 "인간의 움직임에도 안정적인 무선 구동이 가능함을 확인했다"고 말했다.

정 교수는 또 "이 기술이 상용화에 가장 가까이 가 있는 분야는 바로 스마트폰"이라며 "차세대 통신 기술인 6G 이동통신 기능을 탑재한 신축성 무선 웨어러블 기기 개발에도 착수했다”고 밝혔다.