DGIST… 다축(多軸) 압력 및 온도 측정 가능한 센서 개발

로봇공학전공 김회준 교수팀, 3D 프린터로 센서 재료인 탄소나노복합체를 제작

상용 3D 프린터로 제작한 탄소나노복합체를 이용해 다축 압력 및 온도 측정이 가능한 센서를 개발한 DGIST 로봇공학전공 김회준 교수(좌)와 감항겸 석사과정생(우). [사진=대구경북과학기술원 제공]

DGIST(총장 국양) 로봇공학전공 김회준 교수팀이 상용 3D 프린터로 제작한 탄소나노복합체를 이용해 다축 압력 및 온도 측정이 가능한 센서를 개발했다고 8일 밝혔다.

이는 기존 탄소나노복합체가 갖는 단점들을 극복한 이번 연구 결과는 향후 웨어러블 분야 및 다양한 로봇분야에 적용 가능할 것으로 기대된다.

최근 다양한 기능성 소재를 활용한 센서 관련 연구가 활발히 진행되고 있다. 그중에서도 탄소나노복합체는 유연성 필요한 센서에 적용 가능한 소재로 차세대 센서 소재로 주목받고 있지만 복잡한 공정 과정에 고가의 생산장비가 필요한 단점이 있다. 또한 소재가 갖는 높은 민감도에도 불구하고 압력을 측정하는 범위가 좁아, 이를 개선하기 위한 연구도 지속해서 진행되고 있다.

이에 김회준 교수팀은 먼저 제작이 까다롭던 탄소나노복합체를 손쉽게 만들 수 있는 3D 프린터 필라멘트를 개발했다. 그리고 김회준 교수팀은 개발한 필라멘트를 이용해 제작이 까다롭던 탄소나노튜브 기반의 복합체를 기존보다 더 빠르고 저렴하게 제작하는 데 성공했다.

이후 김회준 교수팀은 제작된 탄소나노복합체를 활용해 기존의 단점을 보완한 새로운 센서를 개발했다. 개발된 센서는 압력을 측정하는 압력 축을 여러 개로 늘려 압력 측정의 범위를 늘리고 이를 온도를 감지하는 센서와 통합하는 등 여러 방면에서의 최적화를 진행했다.
 

DGIST 로봇공학전공 김회준 교수와 감항겸 석사과정생이 개발한 탄소복합체 3D 프린팅 기반 압력센서 및 응용 그림.  [사진=대구경북과학기술원 제공]

김 교수팀은 센서는 중간에 비어있는 구조로 제작돼, 센서가 여러 방향에서 가해지는 압력을 유연하면서도 정확하게 측정할 수 있게끔 했다. 이처럼 김회준 교수팀이 개발한 센서는 기존 센서의 단점들을 보완하고, 구조적인 장점까지 갖춤으로써 낮은 압력의 측정이 필요한 웨어러블 분야부터 높은 범위의 압력이 필요한 로봇 분야까지 폭넓은 분야에 적용이 가능한 장점을 지닌다.

더불어, 온도센서와 통합돼있기 때문에 외부 온도변화에 따른 센서값 보정을 통해 더 정확한 압력 측정이 가능하다는 장점도 갖고 있다. 그뿐만 아니라, 이번 연구를 통해 확보된 기능성 소재 필라먼트 제작 방법은 향후 다양한 탄소나노소재, 전도성 소재, 세라믹 소재 등에 적용이 기대된다.

이번 연구 결과는 그 우수성을 인정받아 Materials-Composites 분야 최상위 저널인 Composites Part B: Engineering에 지난달 16일 온라인 게재됐으며, 한국연구재단 신진과제와 DGIST 일반사업의 지원으로 수행됐다.

DGIST 로봇공학전공 김회준 교수는 “생체 및 로봇에 적용할 유연 박막형 압력센서를 연구하던 중 측정범위가 너무 낮은 한계에 도달해 이번 연구를 진행하게 됐다”라며, “추후 탄소나노소재 외에도 다양한 소재와 3D 프린터를 활용한 센서 제작이 가능한 만큼 지속적인 연구를 진행할 것”이라고 말했다.