서울대 안성훈 교수팀, '색깔로 변형된 양을 측정하는 대변형 센서' 개발

서울대 공대는 기계공학부 안성훈 교수팀이 나비의 날개와 조류의 깃털 표면의 마이크로·나노 패턴을 모사해 구조색(structural color) 기반 대변형 센서를 개발했다고 28일 밝혔다.

안 교수팀이 개발한 '구조색 센서'는 전기회로 없이 무지개 색을 보고 변형률을 알 수 있으며, 최대 100%의 인장-압축 변형률(스트레인)과 최대 78%의 전단 변형률까지 측정 가능하다.

이 센서는 유연재료의 표면에 가시광선의 파장과 비슷한 수백 나노미터 간격의 패턴으로 제작됐고, 백색광이 정해진 각도로 입사될 경우 특정한 색을 반사시킨다. 유연재료가 힘을 받아 늘어나거나 줄어들면 나노 패턴 사이의 거리도 변하고, 눈에 보이는 색도 바뀌게 된다.

기존 구조색을 통해 변형을 측정하는 연구는 현상에 대한 설명에 그친 반면, 안성훈 교수팀의 연구에서는 색과 변형률 사이의 관계를 수식으로 나타내고 센서로서의 가능성을 제시했다.

논문의 제 1저자인 전영준 박사는 "이 센서는 유연 나노임프린팅 공정을 통해 제작했으며, 추가 공정이 필요 없어 대량 생산에 적합하다"라며 "일체형 구조를 갖기 때문에 다른 이종재료로 제작한 구조색 나노 패턴에 비해 내구성이 좋은 장점이 있다"라고 설명했다.

교신저자인 안성훈 교수는 "나노패턴의 설계와 가공을 통해 최초로 인장·압축·전단 변형을 모두 측정하는 구조색 기반 변형률 센서를 개발했다"며 "변형이 큰 소프트 로봇이나 웨어러블 장치 등의 센서로 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

연구 결과는 나노분야 국제학술지 ACS Nano의 5월호 표지논문으로 선정되었다. 한편 이 연구는 한국연구재단의 중견연구자 지원사업과 한국-독일 지능형 생산시스템 연구실 등의 지원을 받아 수행되었다.