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2026년 09월 08일 15:08 노진균 기자

광운대, 피부처럼 늘어나는 자가발전형 웨어러블 센서 개발

손가락 움직임 30ms 만에 감지…수어 인식·디지털 트윈 등 활용 기대

광운대학교는 박재영 전자공학과 교수 연구팀이 사람의 피부처럼 자유롭게 늘어나면서 미세한 신체 움직임을 빠르게 감지할 수 있는 고성능 신축성 마찰대전 센서를 개발했다고 8일 밝혔다.

연구팀은 뱀 모양의 유연한 배선 구조인 '서펜타인'과 종이를 절개해 변형성을 높이는 '키리가미'를 결합한 '서피-가미'(serpi-gami) 구조를 설계하고, 전하 생성과 포획 능력이 우수한 Silicone@NENU-5 나노복합소재를 적용했다.

기존 웨어러블 센서는 전극과 지지층 등 상대적으로 단단한 구성 요소 때문에 피부와 함께 자연스럽게 변형되기 어렵고 반복적인 움직임에서 접촉 불균일과 성능 저하가 발생하는 한계가 있었다. 연구팀은 소재의 탄성과 새로운 구조를 결합해 변형 과정에서도 안정적이고 균일한 접촉을 유지하도록 했다.

핵심 소재인 NENU-5는 높은 비표면적과 다공성 구조를 갖는 금속-유기 골격체(MOF)다. 이를 실리콘과 결합한 마찰대전 나노발전기는 최대 5.38W/㎡의 전력밀도를 구현해 순수 실리콘 기반 소자의 1.04W/㎡보다 약 5배 향상된 성능을 보였다. 센서는 300% 이상의 신축성을 확보했으며 별도 전원 없이 움직임만으로 전기를 생성한다.

반응 속도도 빠르다. 손가락을 굽히는 동작을 약 30ms 만에 감지할 수 있으며 목·팔꿈치·손목·손가락·무릎 등 다양한 신체 부위에 밀착해 관절 움직임과 생체신호를 측정할 수 있다.

연구팀은 센서를 웨어러블 디지털 트윈 인터페이스로 확장해 사용자의 손가락 움직임을 디지털 공간의 가상 객체와 실시간으로 연동하는 가능성도 제시했다. 또한 센서 신호를 딥러닝 모델과 결합해 서로 다른 동작 패턴을 약 98% 정확도로 분류하면서 수어 인식과 인간-기계 인터페이스 활용 가능성도 확인했다.

박 교수 연구팀의 이번 연구는 과학기술정보통신부 재원으로 한국연구재단 중견연구자 지원사업과 한국산업기술진흥원 산업기술혁신사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 에너지 소재·소자 분야 국제학술지 'Nano Energy'에 게재됐다.

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