- 신소재공학과 스티브 박 교수·박규순 소령 연구팀
- 102% 늘어나고 10000번 반복 테스트에서도 안정

이번 연구를 수행한 스티브 박(왼쪽) KAIST 교수와 박규순 박사과정(육군 소령).[KAIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 현직 육군 소령이 포함된 연구진이 전자섬유 플랫폼을 개발해 전투원 개개인의 특성과 전투 국면을 반영할 수 있는 원천기술을 확보했다. 이 기술은 전장에서 활용할 수 있을 만큼 튼튼함이 입증됐고, 많은 병력에게 보급할 수 있을 정도의 경제성도 갖췄다는 평가다.

KAIST는 신소재공학과 스티브 박 교수와 박규순 육군 소령(KAIST 박사과정) 연구팀이 섬유 위에 전자회로를 그려 넣는 혁신적인 기술을 통해 유연하고 착용 가능한 전자 섬유(E-textile) 플랫폼을 개발했다고 25일 밝혔다.

연구팀이 개발한 웨어러블 전자 섬유 플랫폼은 3D 프린팅 기술과 신소재공학적 설계를 결합해 유연하면서도 내구성이 뛰어난 센서와 전극을 섬유에 직접 인쇄했다.

기존 전자 섬유 제작 방식은 복잡하거나 개인별 맞춤형 제작에 한계가 있었다. 연구팀은 이를 극복하고자 ‘직접 잉크 쓰기’ 3D 프린팅이라는 적층 방식 기술을 도입했다.

이 기술은 센서와 전극의 기능을 하는 특수 잉크를 섬유 기판 위에 원하는 패턴으로 직접 분사해 인쇄하는 방식이다. 이를 통해 복잡한 마스크 제작 과정 없이도 다양한 디자인을 유연하게 구현할 수 있게 됐다. 이는 수십만 명에 달하는 군 병력에 손쉽게 보급할 수 있는 효과적인 기술로 기대된다.

기술의 핵심은 신소재공학적 설계에 기반한 고성능 기능성 잉크 개발이다. 연구팀은 유연성을 가진 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS) 고분자와 전도성을 부여하는 다중 벽 탄소나노튜브를 조합, 최대 102% 늘어나면서도, 10000번의 반복적인 테스트에서도 안정적인 성능을 유지하는 인장·굽힘 센서 잉크를 개발했다. 이는 전투원의 격렬한 움직임 속에서도 정확한 데이터를 꾸준히 얻을 수 있음을 의미한다.

전투복 등 다양한 섬유에 직접 잉크 쓰기(DIW) 프린팅 기술로 제작한 전자섬유 개략도.[KAIST 제공]

연구팀은 실제 인체 움직임 모니터링 실험을 통해 개발된 플랫폼의 성능을 입증했다. 연구팀은 개발된 전자 섬유를 옷의 주요 관절 부위(어깨, 팔꿈치, 무릎)에 프린팅하여 달리기, 팔 벌려 높이뛰기, 팔굽혀 펴기 등 다양한 운동 시의 움직임과 자세 변화를 실시간으로 측정했다.

또한 스마트 마스크를 활용해 호흡 패턴을 모니터링하거나, 장갑에 여러 센서 및 전극을 프린팅해 기계학습을 통한 물체 인식 및 복합적인 촉감 정보를 인지하는 응용 가능성도 시연했다.

박 소령은 “현재 우리 군은 인구절벽으로 인한 병력자원의 감소와 과학기술의 발전으로 위기이자 기회를 마주하고 있다”며 “이번 연구는 병과·직책별, 전투의 유형에 따른 맞춤식 훈련을 제공할 수 있는 원천기술을 확보해 우리 장병들의 전투력을 향상하고 생존성을 보장하기 위한 것ˮ이라고 전했다.

이번 연구결과는 전기·전자 재료공학 분야 국제학술지 ‘npj Flexible Electronics’에 5월 27일 출판됐다.

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