KAIST, 생체모사 인터페이스 설계기술
전자제품 신축성과 안정성 동시에 구현
전자제품 신축성과 안정성 동시에 구현
KAIST는 박인규 기계공학과 교수 연구팀이 한국전자통신연구원(ETRI)와 함께 나무뿌리가 흙에 단단히 고정되는 구조를 모방한 생체 모사 인터페이스 설계를 통해 유연성과 신축성을 높인 전자기판 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.
최근 웨어러블 전자기기, 스트레처블 디스플레이, 에너지 하베스팅 장치 등의 분야에서 고신축성 전자 소자에 대한 수요가 증가하고 있다.
하지만, 기존 유연 기판을 신축성 기판과 결합하는 과정에서 탄성계수 차이가 발생해 인터페이스에서 기계적 불안정을 가져와 소자의 내구성을 떨어 뜨린다. 이를 해결하기 위해 키리가미 구조, 서펜틴 구조 등 다양한 방법이 연구돼 왔지만 장시간 사용 시 성능 저하와 인터페이스 내 균열, 제작 공정의 복잡성 등의 문제가 발생한다.
연구팀은 나무뿌리가 흙 속에 깊게 뻗어 강한 결합력을 유지하는 구조에서 영감을 얻어 '주 뿌리' (primary roots)와 '보조 뿌리'(secondary roots) 구조를 도입해 주 뿌리는 응력을 분산시켜 균열 발생을 최소화하도록 설계했다. 또한 보조 뿌리는 기판 사이의 접착력을 강화해 변형 시 구조적 안정성을 유지하도록 돕는다. 이런 설계는 다양한 변형 상황에서도 높은 기계적 신뢰성과 소자의 성능을 제공한다고 연구팀은 설명했다.
연구팀은 이를 토대로 최대 700%까지 늘어나는 신축성을 확보하고, 1000회 이상의 물리적 변형에도 안정적인 구조를 유지하도록 설계했다.이 기술은 늘림, 비틀림, 압축 등 다양한 물리적 변형에도 견딜 수 있고, 반복적인 변형에도 긴 사용 수명을 제공한다. 특히 실시간 운동 데이터를 측정하는 스마트 저항 밴드에 적용하면 사용자의 운동 강도와 균형을 정밀하게 분석할 수 있다.
스트레처블 LED 디스플레이에 적용하면 늘림, 구부림, 비틀림 등 여러 변형에도 안정적으로 작동하며 유연한 태양전지에서는 에너지를 저장하고 LED를 구동해 에너지 하베스팅과 저장 장치 활용 가능성을 입증했다.
박인규 KAIST 교수는 "생체 모사형 설계가 차세대 전자기술을 위한 새로운 표준이 될 것"이라며 "앞으로 인터페이스 설계 최적화와 접착력 향상, 더욱 복잡한 뿌리 구조 모방 등을 통해 기술을 발전시켜 나가겠다"고 말했다.
이 연구결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(2월) 온라인판에 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr
[ 저작권자 ⓒ디지털타임스, 무단 전재 및 재배포 금지 ]
