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[IT뉴스]"늘리고 묶어도 안정적으로 작동한다" 차세대 압전 섬유 센서 개발

온카뱅크관리자

2026-06-18 18:07:31

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 카이스트 김미소 교수팀, 반복 변형해도 전기 신호 유지되는 자가발전 웨어러블 센서 구현 원래 길이의 6.7배 늘어나도 안정성 유지 "웨어러블 기기, 의료용 센서, 소프트 로봇 활용 기대" 
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 <img alt="김미소 교수 연구팀이 개발한 차세대 자가발전 압전 섬유 코일 매듭 센서의 구조 및 작동개요. 카이스트 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202606/18/daejonilbo/20260618180032268zjhe.jpg" data-org-width="1280" dmcf-mid="WsKvBooMrA" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202606/18/daejonilbo/20260618180032268zjhe.jpg" width="658">
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 김미소 교수 연구팀이 개발한 차세대 자가발전 압전 섬유 코일 매듭 센서의 구조 및 작동개요. 카이스트 제공
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 늘리고 묶어도 안정적으로 작동하는 자가발전 압전 섬유 센서가 개발됐다.
 카이스트(총장 이광형)는 기계공학과 김미소 교수 연구팀이 기존 압전 섬유 센서의 내구성 한계를 극복하고 반복적인 변형에도 안정적으로 작동하는 고신축성 압전 섬유 센서를 개발했다고 18일 밝혔다.
 압전 섬유 센서는 힘, 압력, 진동 등 기계적 자극을 받으면 전기 신호를 발생시키는 압전 물질을 섬유 형태로 만든 것으로, 압전 고분자는 가볍고 유연해 몸에 부착하는 웨어러블 센서에 적합하다.
 그러나 기존 압전 섬유 센서는 반복해 변형하면 전기 신호를 수집하는 전극층과 전기를 생성하는 압전층이 손상돼 신호가 약해지고, 신축성을 높이기 위해 섬유를 코일 형태로 만들면 전기적 안정성을 유지하기 어려웠다.
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 <img alt="고신축성 압전 섬유센서를 개발한 카이스트 김미소 교수, 박정훈 박사과정생, 최용준 연구원, 남지수 박사과정생, 심기동 교수(왼쪽부터). 카이스트 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202606/18/daejonilbo/20260618180033624hdha.jpg" data-org-width="1280" dmcf-mid="YigVAHHlIj" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202606/18/daejonilbo/20260618180033624hdha.jpg" width="658">
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 고신축성 압전 섬유센서를 개발한 카이스트 김미소 교수, 박정훈 박사과정생, 최용준 연구원, 남지수 박사과정생, 심기동 교수(왼쪽부터). 카이스트 제공
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 연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 소재, 전극, 전체 구조 등에 변형에 강한 '계층적 복원 설계(Hierarchical Resilient Design)'를 적용하고 압전 나노섬유 내부에 탄성 고분자 미세 입자를 넣어 서로 촘촘하게 맞물리는 구조를 만들었다.
 이 구조는 벨크로(찍찍이)처럼 구조들이 서로 지지하는 효과가 있어 센서가 반복해서 늘어나도 원래 형태로 회복할 수 있게 돕는다. 압전층의 안정성은 서로 다른 재질을 강하게 이어 붙여 충격이나 변형에도 쉽게 떨어지지 않도록 해 센서가 크게 늘어나거나 구부러져도 안정적인 전기 신호를 유지하도록 했다.
 연구팀은 이 설계를 코일 형태에 적용했더니 센서가 원래 길이의 약 6.7배인 최대 668%까지 늘어나도 안정적인 출력을 유지하는 데 성공했다. 개발된 센서는 늘어남, 구부러짐, 눌림 등 다양한 움직임에서도 일정한 전기 신호를 생성했다.
 또 연구팀은 매듭 형태로 제작한 센서에 반복적으로 힘을 가하고 갑작스러운 충격을 줬으나 역시 안정적으로 작동했다고 밝혔다.
 학계는 이 연구가 반복적인 변형 환경에서 안정적인 신호 측정이 가능하고, 배터리 없이 작동하면서도 높은 신축성과 장기 안정성을 동시에 갖춘 자가발전 센서 플랫폼을 제시했다는 점에서 의미가 있다고 평가한다.
 김미소 교수는 "이번 연구는 섬유 구조 설계와 전극 계면 공학(서로 다른 소재가 만나는 경계를 제어하는 기술)을 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.
 이 연구는 최용준 카이스트 연구원이 제1저자, 박정훈 카이스트 박사과정과 남지수 카이스트 박사과정, 심기동 카이스트 교수, 김명길 성균관대 교수가 공동저자, 김미소 교수가 교신저자로 참여했다. 연구는 과학기술정보통신부의 재원으로 한국연구재단 BRIDGE 융합연구개발사업, 나노·소재기술개발사업 및 차세대 반도체 대응 미세기판 기술개발사업의 지원을 받았다. 연구 논문(Mechanically and Functionally Resilient Piezoelectric Fiber Coils and Knots for Reliable Self-Powered Sensing, DOI: doi/10.1021/acsnano.5c19628)은 나노공학 및 재료과학 분야 세계적 권위 학술지 ACS Nano(Impact Factor 16.1)에 지난 3월10일 게재됐다.
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