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소프트 일렉트로닉스 집중형 융합기술 개발

연구책임 : 조길원
연구기관 : (재)나노기반소프트일렉트로닉스연구단

| 연구개요

- 기존의 전자소자 기술보다 인체 친화적이고 인체의 내부 및 피부 표면 위에서 응용이 가능하며 차세대 헬스케어 분야에 적합한 진보된 인공 전자 피부 (Electronic Skin) 시스템이 필요 - 신축/유연 인공전자피부에 출력신호 혹은 인공전자피부에 가해지는 자극의 정도를 인체가 직접 인지할 수 있는 소프트 일렉트로닉스 기반 휴먼-머신 인터페이스 기술 요구 - 소프트 일렉트로닉스 연구를 한 방향으로 통합하고 이를 바탕으로 미래에 구현 가능한 다양한 소프트 전자소자에 대한 새로운 개념의 정립과 이의 실현 가능성에 대한 논의가 필요

| 연구참여자

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이름 :조길원
소속 :CASE
전화 :054-279-2270
이메일 :kwcho@postech.ac.kr
홈페이지 :http://crg.postech.ac.kr
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이름 :정윤영
소속 :포항공과대학교
전화 :+82-54-279-2225
이메일 :ychung@postech.ac.kr
홈페이지 :http://yoonyoung.postech.ac.kr
member
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이름 :오일권
소속 :한국과학기술원
전화 :042-350-1520
이메일 :ikoh@kaist.ac.kr
홈페이지 :http://sdss.kaist.ac.kr
member
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이름 :고현협
소속 :울산과학기술원
전화 :052-217-2617
이메일 :kwcho@postech.ac.kr
홈페이지 :http://hko.unist.ac.kr

| 연구목표

각 세부 과제에서 개발된 소프트 나노 소재/공정/소자 기술을 융합하여 신개념 신축성 소프트 소자를 개발하고 특성을 향상시켜 세계 최고 수준의 기술을 확보함. 공공재적 인프라 구축을 통해 나노기반 소프트 일렉트로닉스 기술의 연구 개발 활동을 촉진함.

| 연구내용

Topic 1. 피부 부착형 고민감 생체 신호 감지 기술

- 효과적인 생체 전기신호 (근전도, 심전도 등) 감지를 위한 계층적 나노 구조체의 피부부착형 전극 개발
- 인체 목소리 인식/분석을 위한 피부부착형 고민감 유연 진동 센서 개발
- 반결정성 고분자 기반 고감도 온도 센서 개발
- 효과적인 혈당 모니터링을 위한 웨지 형태의 패턴 및 3D 구조의 피부부착형 땀포집 시스템 개발


(a) 양극 산화 알루미늄 멤브레인을 통해 제작한 나노계층구조 금 전극과 전극 구조 변화에 따른 근전도 신호 변화 측정 (b) 인체 목소리를 인식/분석 가능한 피부부착형 유연 진동 센서의 구조 및 성능 (c) 반결정성 고분자 기반 고감도 온도 센서의 원리 (d) 효과적인 혈당 모니터링을 위한 웨지 형태의 땀포집 센서의 원리 및 성능


Topic 2. 응답형 촉각 센서 시스템 개발

- 온도와 압력에 대해 선형민감성 및 실시간/독립적 감지 가능한 유연 전자피부 개발
- 촉감 및 질감의 능동적 표현이 가능한 웨어러블 햅틱 피드백 소자 개발



a) 온도와 압력을 선형민감성 및 실시간 측정이 가능하며, 타 자극에 간섭 받지 않는 다기능 유연전자피부의 구조 및 성능 b) Doped rGO/PEDOT:PSS 혼합물 전극을 이용한 큰 변형율/높은 기계적 안정성을 갖는 인공 근육용 액츄에이터의 구조 및 성능


Topic 3. 인체 자극을 위한 헬스케어 전자피부 시스템 개발

- 영아 돌연사 방지를 위한 저전력의 웨어러블 진동감지 및 무선통신 시스템 개발
- 인체 운동능력 회복 및 향상을 위한 미세바늘 어레이 구조의 웨어러블 전기자극기 개발


(a) 영아 돌연사 방지를 위한 저전력 웨어러블 센서의 모형도 (b) 영아의 자세를 구분하여 돌연사를 예방하는 방지 시스템 (c) 플렉서블한 미세바늘 어레이 구조의 전극 모형도 (d) 상황에 따라 전류의 파형, 크기, 주파수, 펄스 폭 등이 조절되는 전기 자극의 예


| 기대효과

- 인체친화적인 유연 구조의 전자피부 제작 기술에 대한 연구는 성능뿐만 아니라 편의성이 강조되는 미래 헬스케어 및 의료, 피트니스, 인포테인먼트 등의 시장에서 필요로 하는 연구로서 넓은 영역의 산업 발전에 기여할 것으로 예상됨.
- 소프트 햅틱 액추에이터를 기반으로 한 웨어러블 햅틱 소자 개발 연구는 지금까지 출력 장치들이 시각과 청각이라는 한정된 정보만을 제공하는 것을 넘어서 가상의 촉감, 질감 등을 사용자에게 전달해주는 기술에 대한 연구로서 다양한 연구분야에 응용될 수 있을 것으로 예상됨.
- 전자피부 기반의 전기자극 치료 시스템은 실시간으로 효과적인 전기신호를 발생시켜 치료기능을 수행하는 획기적인 헬스케어 시스템으로서 앞으로 새로운 치료방법을 제시할 수 있을 것으로 기대됨.

| 대표연구실적

1. H. H. Kim, B. Kang, J. W. Suk, N. Li, K. S. Kim, R. S. Ruoff, W. H. Lee, K. Cho, ACS. Nano 2015, 9, 5, 4726
2. Y. Chung, H. H Kim, S. Lee, E. Lee, S. W. Kim, S. Ryu, K. Cho, Sci. Rep. 2015, 5, 12575
3. G. Y. Bae, S. W. Park, D. Kim, G. Lee, D. H. Kim, Y. Chung, K. Cho, Adv. Mater. 2016, 28, 5300
4. G. Lee, S. G. Lee, Y. Chung, G. Y. Bae, S. Lee, S. Ryu, K. Cho, Adv. Electron. Mater. 2016, 2, 1600158