KIST-스탠포드대 연구진, 자가치유 능력 가진 웨어러블 디바이스 신소재 개발

1991년 개봉된 영화 ‘터미네이터2-심판의 날’에는 구형 터미네이터 T-800(아놀드 슈워제네거)을 제거하기 위해 미래에서 온 신형 터미네이터 T-1000(로버트 패트릭)이 등장한다. T-1000은 액체금속으로 만들어져 어떤 공격을 받아도 다시 원상복원되고 다양한 형태로 변할 수 있어 영화 마지막 장면까지 긴장감을 늦추지 않게 한다.

그런데 국내 연구진이 영화 속 T-1000처럼 외부에서 힘이 가해져 본래 모습이 변형되더라도 성능을 그대로 유지할 뿐만 아니라 자가 치유(self-healing) 특성까지 지닌 신소재를 개발해 주목받고 있다.

한국과학기술연구원(KIST) 바이오닉스연구단과 생체재료연구단, 서울대, 고려대, 미국 스탠포드대 화학공학과 공동연구팀은 큰 변형이 있더라도 전기 전도도를 그대로 유지하고 손상 이전과 똑같은 모습으로 원상 복구될 수 있는 자가치유 특성을 가진 신소재를 개발했다고 4일 밝혔다. 이번 연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘ACS 나노’ 최신호에 실렸다.

연구팀은 신축성이 높은 자가 치유 특성을 가진 고분자의 내부에 은 마이크로 입자와 나노입자를 분산시켜 신축성이 우수하면서도 변형을 극복할 수 있는 전도성 고분자 복합 신소재를 개발했다. 이번에 개발된 신소재는 전자소자와 인체 사이에 안정적으로 전력과 데이터를 전송할 수 있는 ‘인터커넥트’로 활용될 수 있다.

연구팀은 이번에 개발된 소재를 인터커넥트로 활용해 실제로 몸에 부착해 근전도(EMG)라는 생체신호를 측정하는데 성공했다. 또 이 신호를 로봇팔로 전송해 실제 팔의 움직임을 그대로 따라할 수 있도록 하는데 성공했다.기존 소재들은 변형이 발생하면 전기전도도가 약해져 성능이 떨어지는데 이번에 개발된 신소재는 처음 상태의 35배까지 변형이 되더라도 성능이 저하되지 않는다. 처음 모습과 완전히 다르게 비틀리거나 구겨지더라도 성능이 문제가 없다는 설명이다. 게다가 외력에 의해 변형이 일어나면 내부 마이크로, 나노입자들이 재배열되면서 전기적 특성이 자발적으로 향상되는 ‘셀프 부스팅’ 현상이 나타난다는 것이 주사전자현미경, 마이크로 컴퓨터 단층촬영으로 확인됐다. 또 변형이 발생하면 오히려 전기전도도가 60배 이상 좋아지는 현상이 나타났다. 손상되거나 완전히 절단되더라도 스스로 회복되고 접합되는 자가 치유 능력을 보였다.

손동희 KIST 바이오닉스연구단 박사는 “이번에 개발한 신소재는 강한 외력과 변형에도 안정적으로 구동할 수 있어 차세대 웨어러블 전자기긱 개발과 상용화에 도움이 될 것”이라며 “의공학, 전자공학, 로봇 공학 분야 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대된다”라고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr