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[IT뉴스]“668% 늘려도 끄떡없다” KAIST, 차세대 자가발전 웨어러블 센서 개발

온카뱅크관리자

2026-06-18 08:37:29

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> - 김미소 교수팀, 반복 변형에도 성능 저하없는 압전 섬유센서 구현 
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 <img alt="자가발전 압전 섬유 코일 센서(AI 생성 이미지).[KAIST 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202606/18/ned/20260618082823387cmbk.jpg" data-org-width="534" dmcf-mid="FogvQ771HP" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202606/18/ned/20260618082823387cmbk.jpg" width="658">
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 자가발전 압전 섬유 코일 센서(AI 생성 이미지).[KAIST 제공]
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 [헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 반복 변형에도 안정적으로 전기를 생산하는 자가발전 압전 센서를 개발했다.
 KAIST는 기계공학과 김미소 교수 연구팀이 기존 압전 섬유 센서(압력이나 움직임을 전기 신호로 바꾸는 섬유형 센서)의 내구성 한계를 극복하고 반복적인 변형에도 안정적으로 작동하는 고신축성 압전 섬유 센서를 개발했다고 18일 밝혔다.
 이 센서의 핵심 소재는 힘을 받으면 전기를 생성하는 특성을 가진 압전 고분자 소재다. 가볍고 유연해 몸에 부착하는 웨어러블 센서에 적합하지만, 기존 압전 섬유 센서는 반복적으로 늘어나거나 구부러질 경우 전기 신호를 수집하는 전극층과 전기를 생성하는 압전층이 손상돼 신호가 약해지는 문제가 있었다. 또한 신축성을 높이기 위해 섬유를 코일 형태로 만들면 더 크게 늘어날 수 있지만, 전기적 안정성을 유지하기 어려웠다.
 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 센서를 이루는 소재부터 전극, 전체 구조까지 여러 단계에서 변형에 강하도록 설계하는 ‘계층적 복원 설계’ 전략을 도입했다. 고무줄이 반복해서 늘어나도 원래 형태로 돌아오듯, 센서도 반복적인 변형 후 스스로 성능을 유지할 수 있도록 설계한 것이다.
 먼저 압전 나노섬유 내부에 탄성 고분자 미세 입자를 넣어 서로 촘촘하게 맞물리는 구조를 만들었다. 이는 벨크로(찍찍이)처럼 구조들이 서로 지지해주는 효과를 내며, 센서가 반복적으로 늘어나더라도 원래 형태로 회복할 수 있게 돕는다.
 또한 전기를 모으는 전극과 전기를 생성하는 압전층이 자연스럽게 연결되도록 설계했다. 서로 다른 재질을 강하게 이어 붙여 충격이나 변형에도 쉽게 떨어지지 않도록 한 것으로, 센서가 크게 늘어나거나 구부러져도 안정적인 전기 신호를 유지할 수 있었다.
 이 설계를 코일 형태에 적용한 결과 연구팀은 센서를 원래 길이의 약 6.7배인 최대 668%까지 늘리면서도 안정적인 출력을 유지하는 데 성공했다. 개발된 센서는 늘어남, 구부러짐, 눌림 등 다양한 움직임에서도 일정한 전기 신호를 생성했다.
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 <img alt="김미소(왼쪽부터) 교수, 박정훈 박사과정생, 최용준 연구원, 남지수 박사과정생, 심기동 교수.[KAIST 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202606/18/ned/20260618082823611lysj.jpg" data-org-width="1280" dmcf-mid="35nh8ppXH6" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202606/18/ned/20260618082823611lysj.jpg" width="658">
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 김미소(왼쪽부터) 교수, 박정훈 박사과정생, 최용준 연구원, 남지수 박사과정생, 심기동 교수.[KAIST 제공]
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 연구팀은 센서를 코일뿐 아니라 매듭 형태로도 제작해 반복적으로 힘이 가해지거나 갑작스러운 충격이 발생하는 상황에서도 안정적으로 작동함을 확인했다.
 이 기술은 인체 움직임을 실시간으로 감지하는 웨어러블 헬스케어 센서에 활용될 수 있다.
 예를 들어 허리, 목, 관절 등에 부착해 반복적인 굽힘, 스트레칭, 충격과 같은 움직임을 정량적으로 모니터링할 수 있다.
 또한 재활 치료, 스포츠 동작 분석, 근골격계 질환 관리, 산업 현장 안전 모니터링 등 다양한 분야로 확장될 것으로 기대된다.
 김미소 교수는 “이번 연구는 섬유 구조 설계와 전극 계면 공학을 결합해 기계적 복원성과 전기적 신뢰성을 동시에 확보한 것이 핵심 성과”라며 “향후 장기간 착용이 필요한 웨어러블 의료기기와 전자 피부, 소프트 로봇용 감각 센서 등에 적용돼 보다 정확하고 지속적인 생체신호 모니터링을 가능하게 할 것으로 기대한다”고 말했다.
 이번 연구결과는 나노공학 및 재료과학 분야 국제학술지 ‘ACS Nano’에 게재됐다.
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