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섬유기술과 산업 22권 3호 | 235 김효진 한국생산기술연구원 스마트섬유그룹 웨어러블 센서, 전자피부(e-skin) 특집 1. 서언 기존 스마트웨어는 신체적인 접촉의 불안정성 때문에 생체신호의 동잡음(motion artifact) 해결이 주요 난제이나, 신체부착형인 전자피부(electronic skin, e-skin)는 피 부와의 접촉 안정화, 착용상의 용이성 등으로 인해 향후 웨어러블 헬스케어의 기술 적 해결책을 제공해줄 것으로 기대된다. 전자피부는 2011년 일리노이 공과대학 연 구팀이 생체신호, 온도, 변형률 등의 센서 기능을 위한 소자와 LED, 코일, 다이오 드 등의 전자소자들을 구현한 연구결과를 발표하면서 미국이 전체적인 전자피부 연구를 주도하기 시작하였다(Figure 1). 최근에는 전자피부 기술들이 대부분 필름 기반 센서소자 구현이 이루어져 패치 형태로 인체에 부착이 용이하도록 연구되고 있으며, 동시에 여러 가지 생체신호를 한꺼번에 검출할 수 있는 복합센서 기능을 가지도록 연구가 진행 중이다. 본 고에서는 웨어러블 센서인 전자피부의 정의와 원 , 센서 방식, 그리고 최근 국·내외 연구 개발 사례를 알아보고자 한다. 2. 전자피부 2.1. 정의 피부에는 통각, 압각, 촉각과 같은 기계적 자극과 냉각, 온각과 같은 온도 자극을 받아들이는 수용기가 존재한다. 피부의 감각 수용은 인간의 피부가 가진 고유 능력 이자 가장 중요한 기능으로서, 피부 감각을 모사하거나 피부를 대체하기 위한 전자 피부 개발에 있어 가장 핵심적인 부분이다(Figure 2). 피부 감각의 수용은 하나의 수용기로부터 받아들여지는 것이 아닌 것과 같이 전자피부로 하여금 다양한 감각 을 느낄 수 있도록 하기 위해서는 적합 자극에 알맞은 다양한 구조와 형태를 가지 는 센서 제작 기술이 적용되어야 한다. 전자피부는 외부의 신호를 받아들이는 감지 소재와 신호의 전달 및 증폭을 담당 Figure 1. 전자피부 연구를 선도한 epidermal electronics 기술.

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섬유기술과 산업 22권 3호 | 235

김 효 진

한국생산기술연구원 스마트섬유그룹

웨어러블 센서, 전자피부(e-skin)

특집

1. 서언

기존 스마트웨어는 신체적인 접촉의 불안정성 때문에 생체신호의 동잡음(motion artifact) 해결이 주요 난제이나, 신체부착형인 전자피부(electronic skin, e-skin)는 피

부와의 접촉 안정화, 착용상의 용이성 등으로 인해 향후 웨어러블 헬스케어의 기술

적 해결책을 제공해줄 것으로 기대된다. 전자피부는 2011년 일리노이 공과대학 연

구팀이 생체신호, 온도, 변형률 등의 센서 기능을 위한 소자와 LED, 코일, 다이오

드 등의 전자소자들을 구현한 연구결과를 발표하면서 미국이 전체적인 전자피부

연구를 주도하기 시작하였다(Figure 1). 최근에는 전자피부 기술들이 대부분 필름

기반 센서소자 구현이 이루어져 패치 형태로 인체에 부착이 용이하도록 연구되고

있으며, 동시에 여러 가지 생체신호를 한꺼번에 검출할 수 있는 복합센서 기능을

가지도록 연구가 진행 중이다. 본 고에서는 웨어러블 센서인 전자피부의 정의와 원

리, 센서 방식, 그리고 최근 국·내외 연구 개발 사례를 알아보고자 한다.

2. 전자피부

2.1. 정의

피부에는 통각, 압각, 촉각과 같은 기계적 자극과 냉각, 온각과 같은 온도 자극을

받아들이는 수용기가 존재한다. 피부의 감각 수용은 인간의 피부가 가진 고유 능력

이자 가장 중요한 기능으로서, 피부 감각을 모사하거나 피부를 대체하기 위한 전자

피부 개발에 있어 가장 핵심적인 부분이다(Figure 2). 피부 감각의 수용은 하나의

수용기로부터 받아들여지는 것이 아닌 것과 같이 전자피부로 하여금 다양한 감각

을 느낄 수 있도록 하기 위해서는 적합 자극에 알맞은 다양한 구조와 형태를 가지

는 센서 제작 기술이 적용되어야 한다.전자피부는 외부의 신호를 받아들이는 감지 소재와 신호의 전달 및 증폭을 담당

Figure 1. 전자피부 연구를 선도한 epidermal electronics 기술.

특집

236 | Vol. 22 No. 3

하는 트랜지스터와의 결합을 통해 사람의 피부 기능을 모사한

플렉서블 전자소자이다. 사람의 피부는 수직 압력, 인장력, 진동, 유체의 흐름 등 다양한 감각을 인식할 수 있고 상처에 자

연적으로 치유할 수 있는 능력이 있다. 따라서, 최근 사람의 피

부처럼 다양한 방향의 압력을 인식하고 외부 충격에 의한 손

상을 입은 후에도 다시 원상태로 회복될 수 있는 전자피부 개

발에 대한 연구가 관심을 받고 있다. 전자피부는 신체의 움직

임 뿐만 아니라 뇌, 심장, 근육의 생리적 변화 현상을 실시간으

로 관찰할 수 있는 응용 분야를 포괄하고 있다. 이러한 기능은

휴대할 수 있는 의료 진단용 도구, 몸이 불편한 사람들을 위한

보조 장비로도 이용이 가능하다.

2.2. 원리

초기 전자피부는 카본 블랙, 흑연 파우더와 같은 전도성 탄

소 입자와 탄성과 유연성을 지닌 실리콘고무의 일종인 PDMS

(polydimethylsiloxane)에 혼합하여 제작되었다. 이와 같은 고무

복합소재를 이용한 전자피부는 Figure 3과 같이 외부 압력에

의해 고무 매트릭스 안의 전도성 필러의 배열의 바뀌는 특성

을 이용하여 압력을 인식할 수 있다. 압력이 가해지게 되면 전

도성 필러간의 거리는 점점 가까워지게 되고 이를 통해 전자

들이 이동할 수 있는 전도성 통로가 형성되게 되는데, 압력의

세기에 따라 전도성 통로가 형성되는 접점들이 많이 발생하여

압력에 따라 전기 저항이 낮아지는 특성을 지닐 수 있다. 이러

한 전도성 복합재료 기반의 전자피부는 전도성 필러의 양이

일정 농도 이상이 되면 전류가 쉽게 흐르는 임계점 농도인 퍼

콜레이션(percolation) 농도가 존재하는데, 복합재료의 전도성

필러의 양이 임계점 농도 부근일 때 압력에 따라 저항이 급격

히 낮아지기 때문에 높은 민감도의 전자피부를 제작할 수 있

다. 하지만 전도성 탄소 입자 기반의 전자피부는 상대적으로

많은 전도성 필러를 필요로 하고 높은 압력 구간에서만 작동

될 수 있는 단점들이 존재한다. 최근에는 높은 종횡비를 지닌

탄소나노튜브, 금속 나노와이어와 같은 전도성 나노소재를 기

반으로 전자피부를 제작하여 이러한 문제점을 개선하고 있다.기존 전도성 복합소재를 이용한 전자피부는 전도성 필러의

양을 조절하여 민감도를 조절할 수 있지만, 압력에 따른 필러

간의 접촉 면적 변화가 제한되어 있기 때문에 미세한 압력 변

화를 감지할 수 없는 단점이 있다. 최근에는 이러한 단점을 보

완하기 위해 기존 전도성 소재의 표면 미세구조 제어를 통하

여 민감도와 감지 구간을 증가시키려는 연구들이 많이 진행되

고 있다. 소재 표면의 구조적인 제어를 통한 민감도 증가의 주

된 원리는 외부 변형에 의한 미세 구조 간의 접촉 면적 변화율

을 최대화시켜 민감도를 증가시키는데 있다.

2.3. 센서 방식

전자피부는 사람의 피부와 같이 촉각, 온도, 습도, 진동과

같은 물리·화학적 자극을 전기적 신호로 변환하여 외부신호

를 감지하고 구분할 수 있는 유연한 전자소자이다. 이러한 전

기적 신호 변환 방식은 사용되는 소재에 따라 압저항(piezo-resistive), 압전(piezoelectric), 마찰전기(triboelectric), 전기용량

(capacitive) 방식으로 동작이 가능하다.

2.3.1. 압저항

전도성 고분자는 금속 전도체와 비슷한 수준의 전기전도

도와 낮은 밀도, 높은 유연성 및 가공이 용이한 이점이 있

기 때문에 전자피부 소재로 많이 응용되고 있다. 대표적으로

PEDOT:PSS, polypyrrole(PPy)와 같은 고분자들은 기계적 변

형 및 온도, 습도와 같은 환경 변화에 따라 전기적 특성이 변

화한다. 최근에는 유연하고 신축성이 있는 전자피부를 구현하

기 위하여, 높은 전기적, 기계적 특성을 지닌 탄소소재(탄소나

노튜브, 그래핀) 및 금속 나노소재(은 나노와이어, 금 나노입자

등)와 높은 유연성 및 신축성을 부여할 수 있는 탄성 고분자와

의 복합화를 통해 제작된 전도성 복합 소재에 대한 연구가 활

Figure 3. 전도성 복합재료 기반의 전자피부 원리.

Figure 2. 인체 피부의 기계적 감각 수용기 위치와 기계적 감각 수용기의 종류, 기능 반응 및 손에서의 분포.

웨어러블 센서, 전자피부(e-skin)

섬유기술과 산업 22권 3호 | 237

발히 이루어지고 있다. PDMS, PU(polyurethane), NBR(nitrile butadiene rubber), ecoflex와 같이 높은 탄성력을 지닌 탄성 고

분자들은 외부 물리적 자극에 대하여 쉽게 변형이 일어나기

때문에 고성능의 감지 소재를 제작할 수 있고, 또한 온도와 습

도에 탄성 고분자의 부피가 팽창 및 수축하는 것을 이용하여

온·습도 센서로도 응용이 가능하다. 전도성 복합 소재의 물리·화학적 변화에 반응하는 주요 메커니즘은 내부 전도성 필러의

접촉 저항 변화를 통해 전기전도도가 바뀌는 것을 이용하는

것이다.

2.3.2. 압전

압전 물질에 압력, 스트레인, 굽힘 등과 같은 힘을 가하면 물

질의 쌍극자(dipole)간의 간격이 바뀌게 되고, 이로 인해 보상

전하(compensating charges)가 전극에 쌓이게 되어 전압이 발

생하게 되고, 가해준 힘이 사라지게 되면 전하 균형을 맞추기

위해 반대방향으로 전압이 발생하게 된다(Figure 4). 대표적인

압전 물질로는 PZT(lead zirconate titanate), BaTiO3와 같은 무

기 물질과 poly(vinylidene difluoride)(PVDF), parylene-C와 같

은 고분자 유기 물질이 있다. 무기 물질은 유기 고분자 물질보

다 높은 압전 특성을 보이지만, 높은 가격, 구조의 경직성 그

리고 복잡한 제조 과정으로 인해 웨어러블 센서로 응용하기에

어려움이 있는 반면, 유기 고분자 물질은 낮은 가격, 구조적 유

연성, 쉬운 제조 과정, 그리고 높은 화학적, 물리적 안정성으로

인해 웨어러블 센서로 널리 응용되고 있다. 최근에는 PVDF의 압전 특성을 향상시키기 위해 BaTiO3와 같은 높은 압전 특

성을 가지는 무기물질을 첨가한 PVDF 복합물질을 나노구조

화한 센서, 그리고 poly(vinylidene fluoride-co-trifluoroetyylene) (P(VDFTrFE))와 같은 PVDF 공중합체를 이용하여 압력과 스

트레인을 감지하는 센서에 관한 연구들이 보고되고 있다.

2.3.3. 마찰전기

접촉 대전에 의해 생성되는 전하의 극성과 크기는 물질의

구성요소, 표면 특성, 주변 환경 등에 의해 영향을 받는다. 현재까지 주로 고분자 물질 사이 또는 고분자 물질과 금속 사이

의 접촉 대전에 관한 연구가 많이 진행되고 있으며, 접촉에 의

한 물질들의 상대적인 마찰대전성에 따라 양전하부터 음전하

까지 그 경향성을 나열한 대전열(triboelectric series)이 많이 보

고되어 왔다.서로 다른 마찰대전성을 가진 두 고분자 물질이 접촉하였

을 때(Figure 5-i), 마찰전기 특성으로 인하여 전하는 한 물질에

서 다른 물질의 표면으로 이동하게 되며 각 물질의 표면은 서

로 다른 극성의 전하를 나타낸다. 대전된 두 물질 사이가 분리

되면 그에 반하는 보상 전하가 각 전극에 생기게 되며, 이러한

정전유도(electrostatic induction)현상에 의해 전자와 전류가 흐

르게 된다(Figure 5-ii). 또한, 유도전하에 의해 중성화된 상태

의 두 물질(Figure 5-iii)을 다시 접촉시키게 되면 앞서 설명한

정전유도 현상에 의해 다시 반대방향으로 전자 및 전류의 흐

름이 생긴다(Figure 5-iv). 이와 같은 마찰전기 원리를 이용하

여 다양한 형태의 압력을 전류 및 전압의 신호로 인식하는 고

분자 기반 압력센서를 제작할 수 있으며, 유연성 및 내구성이

높은 고분자 물질을 사용함으로써 전자피부 개발에 응용할 수

있다.

2.3.4. 전기용량

전기용량 방식은 전극-유전체-전극의 소자구조로 이루어져

있으며, 유전체의 유전율과 면적, 두께에 따라 전기용량이 결

Figure 4. 압전 기반 전자피부의 메커니즘. Figure 5. 마찰전기 센서의 작동 메커니즘.

특집

238 | Vol. 22 No. 3

정된다(Figure 6). 따라서 소자의 전기용량 변화를 유도하는 방

식에는 소재의 물리적 변형에 의한 유전체의 두께 변형, 전극

과 유전체간 접촉면적 변화에 의한 전기용량 변화를 유도한

다. 전기용량 변화를 유도하기 위해서는 유전체의 두께 혹은

유전체와 전극간 접촉면적을 변화시키는 방법이 있기 때문에

외부 물리적 자극에 의한 소재의 형태변형을 일으키려면 소재

의 기계적 물성이 반드시 고려되어야 한다. 따라서, 외부자극

에 대해 형태변화가 용이하지만 회복성이 뛰어난 탄성중합체

를 활성층으로 사용하는 연구들이 다수 진행되었다. 또한, 활성층 뿐만 아니라 전극 또한 유연한 소재로 활용하여 전자피

부로써 활용범위를 증대시킬 수 있다는 장점이 있다. 전기용량 방식이 높은 민감도를 가질수록 물리적 자극의 미

세한 차이를 구별할 수 있다. 민감도를 향상시키기 위해 가장

많이 활용한 것이 필름의 미세구조를 도입하는 방법이지만 최

근에는 소재의 고유한 특성을 이용하여 민감도를 향상시키는

방법이 제시되었다. 그중 가장 대표적인 소재로써 이온성 소

재가 많이 활용되고 있다. 일반적으로 사용되는 쌍극자의 정

렬에 의한 전기용량 방식과 달리, 이온성 소재는 전기장에 의

한 이온의 이동을 가능하게 한다. 따라서 전극과 유전체 계면

에서는 전극에 인가되는 전기장과 반대되는 전하량을 가진

이온의 축적이 일어나며 이것을 전기이중층(electrical double layer)이라고 부른다. 이러한 전기이중층은 수Å의 두께를 가지

고 있기 때문에 통상적으로 수십 μF/cm2 이상의 높은 전기용

량 값을 가지며, 높은 전기용량을 가지는 소재 특성으로 인해

슈퍼커패시터와 전기화학적 트랜지스터 분야에 많은 연구가

진행되고 있다. 하지만 최근에는 높은 전기용량을 가지는 이

온성 소재를 센서 분야에 활용하여 높은 민감도를 구현할 수

있다는 연구들이 보고되었다.

3. 연구 개발 사례

2018년 미국 콜로라도대학교 연구팀은 피부의 압력과 온도

등을 측정하며 상처가 나도 스스로 회복하는 능력을 갖춘 전

자피부를 개발하였다(Figure 7). 얇고 투명한 재질로 만들어진

이 전자피부는 압력, 온도, 습도, 공기 흐름 등을 측정하는 센

서가 내장되었다. 이 센서는 사람의 피부와 동일한 기능을 수

행하며, 유연하기 때문에 모양 변형이 쉬어 어떤 표면에도 사

용할 수 있다. 연구팀이 전자피부 제작에 사용한 주재료는 폴

리머가 활발히 움직이는 활성화 상태의 폴리이민(polyimine)이기 때문에 흠집이 나더라도 상온에서 쉽게 회복된다. 표면은

은 나노로 코팅되어 탄성, 회복력, 화학적 안정성, 전도성 등을

갖추었다. 이와 함께 연구팀은 회복을 위한 접착 용액과 재활

용을 위한 분해 용액도 개발하였다. 에탄올에 세 가지 화합물

질을 섞어 만든 이 접착 용액은 상처난 피부를 회복하기 위한

접착제 역할을 한다. 만약 센서가 부서져 사용할 수 없을 경우

에는 분해 용액을 사용하면 된다. 이 분해 용액에 전자피부를

담그면 다량체 혼합물이 단량체 화학물질로 분해되고 알코올

용액이 분리되며 은 나노 입자는 용액 바닥에 가라앉는다. 분리된 액체와 은 나노 입자는 새로운 전자피부 제조에 재사용

된다. 이 전자피부는 소량의 열과 압력만으로도 굴곡진 면에

쉽게 부착할 수 있기 때문에 인공 보철물 또는 로봇 등에 널리

쓰일 것이라는 게 연구팀의 생각이다.2017년 일본 도쿄대학교 연구팀이 두께가 얇으면서 신축

성이 뛰어나 피부처럼 느껴지는 웨어러블 장치를 개발하였다

(Figure 8). 이는 피부 표면에 부착하여 사용하는 초박형 웨어

러블 센서로 건강정보를 측정하는 데 쓰인다. 이 센서는 나노

미터 크기의 그물망으로 만들어져 있으며, 피부에 물을 뿌린

다음 붙여서 사용하는 형태이다. 20명이 일주일 간 이 센서를

피부에 붙이고 생활한 결과, 피시험자들이 피부가 가렵거나

착용했을 때 불편한 점을 느끼지 못했고 기기에도 아무런 문

제가 없었다. 내구성도 훌륭해 손가락 위에 붙이고 1만회 이상

운동을 해도 제품 손상은 없었다. 이 센서는 콘텍트 렌즈와 인

Figure 6. 전기용량 방식 소자 구조.

Figure 7. 재생이 가능하고 완전히 재활용이 가능하며 휴대가 가능한 전자피부.

웨어러블 센서, 전자피부(e-skin)

섬유기술과 산업 22권 3호 | 239

공연골에서 사용하는 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol)이라는

소재의 그물망을 전기방사 방식을 통해 전기 성질을 띄게 만

든 다음, 이를 다시 금으로 코팅하여 제작하였다. 연구팀은 이

센서를 통해 뇌 신호, 심박수, 근전도 등을 측정할 수 있으며

LED 조명에 전원을 공급할 수도 있고 노트북에 데이터를 전

송하는 데 활용할 수도 있다고 하였다.2018년 연세대학교 신소재공학과 연구팀은 피부에 강하게

접착하여 생체 신호를 읽을 수 있는 투명한 전극 재료를 개발

하였다(Figure 9). 연구팀은 소량의 비 이온성 계면활성제인

Triton X를 실리콘 계열 고무인 폴리디메틸실록산(polydimeth-ylsiloxane; PDMS) 내에 첨가하였다. 이로 인해 실리콘 고무

의 신축성과 접착성이 크게 향상하여 피부에 탈부착이 가능한

바이오센서용 기판재료를 제작하였고, 은 나노와이어 네트워

크를 표면에 삽입하여 전기전도성을 부여하였다. 실리콘 고무

의 기계적 특성이 변하는 원리는 Triton X가 PDMS의 가교 결

합 촉매작용을 방해하여 가교결합 밀도가 불균형해지는 것이

다. 실리콘 고분자인 PDMS의 가교 공정에서 비이온성 계면활

성제인 Triton X가 첨가되면 Triton X가 가교결합을 촉진하는

촉매와 강하게 결합하여 촉매작용을 하지 못하게 방해한다. 그 결과 제작된 실리콘 고무는 가교결합 밀도가 불균일하므

로 접착성이 증가하며 낮은 탄성계수, 높은 연신율을 갖도록

제어할 수 있다. 이렇게 제작한 접착성 PDMS는 기존 PDMS보다 7배 이상 높은 점착도, 피부와 비슷하게 낮은 탄성 계수

(~40kPa), 400% 이상의 높은 연신율을 가지며, 세포 독성 실

험과 세포 증식 실험을 통해 인체에 무해함을 확인하였다. 또한 대기중에 2개월 간 방치하여도 기계적 물성이 크게 변하지

않는 것을 확인하였다. 연구팀은 제작한 접착성 PDMS에 은

나노와이어를 삽입하는 공정을 적용하여 피부에 잘 붙는 투명

전극을 제작하였다. 제작된 접착성 투명전극은 75% 투과도에

약 30Ω/sq의 면저항값을 보였다. 접착성 PDMS에 삽입된 투명

전극은 15%의 연신율로 1만회 인장시험을 하여도 전기전도도

가 30% 정도밖에 감소하지 않는 우수한 기계적 특성을 보였

다. 접착성 투명전극은 피부에 접착 시 전극이 피부에 닿는 유

효면적이 많아져 피부 임피던스가 낮아지므로 생체 전기신호

를 감지하는데 적합하다. 제작한 심전도 센서는 기존의 하이

드로젤 기반의 심전도 센서에 비해 낮은 잡음 수준을 갖는 것

을 확인하였다. 또한 피부와의 강한 접착을 통해 관절의 움직

임에도 분리가 되지 않는다.2018년 서울대학교 전기정보공학부와 기계항공공학부 연구

팀이 전자피부 컴퓨터 개발을 통해 소프트 로봇을 작동시키

는데 성공하였다(Figure 10). 소프트 로봇은 표면이 고무나 실

리콘처럼 부드러운 연성물질로 만들어져 단단한 경계가 없이

각 부위가 유기적으로 연계된 로봇을 말한다. 그러나 이를 움

직이려면 커다란 공기압력 제어기와 딱딱한 회로기판 등을 쓸

수밖에 없어 심미적 외관과 움직임에 한계가 있었다. 연구팀

은 피부처럼 늘어나는 전자피부를 개발하여 이러한 한계를 넘

어섰다. 실리콘 계열 소재로 만든 이 전자피부는 두께 1 mm

이하, 무게 0.8 g에 불과하다. 작고 얇은데다 신축성도 있다. 따

Figure 8. 피부 위의 나노메쉬 전도체.

Figure 9. (a) 접착성 PDMS를 사용한 접착성 투명전극의 제작 공정 (b) 접착성 PDMS 제작에 필요한 재료의 화학식

(c) 피부에 부착된 접착제 및 투명 전극.

특집

240 | Vol. 22 No. 3

라서 소프트 로봇의 움직임을 방해하지 않으면서 몸체의 어느

부위에도 달라붙을 수 있는 장점이 있다. 연구팀의 전자피부

는 한쌍으로 구성되어 있다. 한쪽은 사람의 피부에 붙어 입력

신호를 감지하는 용도로 쓰고, 다른 한쪽은 소프트 로봇의 몸

체에 붙여 로봇을 활성화하고 제어하는 기능을 하게 하였다. 한쌍의 전자피부는 상호 무선 통신망으로 연결하여 5 m 이상

의 거리에서도 무리없이 동작할 수 있도록 설계하였다. 쉽게

떼었다 붙일 수 있는 있는 전자피부의 성질을 이용하여 한쌍

의 전자피부로 여러 종류의 소프트 로봇을 작동시킬 수도 있

다. 연구팀은 전자피부를 웨어러블 기기로 이용하면 사람과

사람 간 교신이나 사람과 로봇 간 조종도 자유롭게 할 수 있을

것이라 하였다.2018년 한국과학기술연구원(KIST) 복합소재기술연구소 연

구팀은 하이드로겔-고무 복합소재와 은 전극을 결합한 고신축

전극을 개발하였다(Figure 11). 연구팀은 기존 실리콘 계열은

피부 같은 인체 조직보다 변형률이 낮아 착용감이 좋지 않은

단점을 통해 변형률이 높으면서 피부와 유사한 질감을 가지는

하이드로겔에 주목하였다. 하이드로겔 위에 고무를 머리카락

두께의 1/2 정도로 얇게 코팅하여 은 잉크를 결합하는 방식으

로 세계 최고 기록인 18.8배의 신축성을 보였다. 기존 유연 전

극들의 신축성은 최대 5~6배 정도이다. 높은 신축성으로 전자

피부를 사용할 경우 편안한 착용감을 줄 수 있고 대면적 회로

형성에 유리한 장점을 갖추었다. 연구팀은 향후 이 기술이 전

자피부와 부착형 의료기기 등 다양한 분야에 접목되어 웨어러

블 기기와 소프트 로봇 혁신에 기여할 것이라 하였다.

4. 결언

최근 기능성 고분자와 탄성 기판과의 결합을 통해 센서로

의 응용 연구 및 다양한 표면 구조 제어를 통한 고민감도, 고성능의 전자피부를 개발하고자 하는 연구가 많이 진행되고 있

다. 또한, 각각의 신호변환 방식에 적합한 응용 분야에 적용하

는 연구 또한 활발히 진행되고 있다. 기술개발을 활발히 함과

동시에 전자피부가 실생활에 유용하게 사용될 수 있도록 다음

과 같은 상용화 노력도 필요하다. 첫째, 실제 사람 피부에 사

용되었을 경우에 발생할 수 있는 간지러움, 피부질환 등 인체

유해성 및 편의성에 대한 연구들도 지속적으로 연구하여 임

상에서 발생할 수 있는 문제들을 사전에 해결해야 한다. 둘째, 전자피부 센서 모듈들이 의미 있는 형태가 되기 위해서는 사

용자 편의성 및 착용감 향상 등을 위해서 배터리가 내장되고

BLE(bluetooth low energy) 등의 저전력 무선통신을 통해 패

치 형태의 모듈 밖으로 나가는 선을 제거하는 구조가 바람직

하다. 마지막으로, 다양한 생체신호들을 검출하는 전자피부 기

반 복합센서 기능을 구현하기 위해서는 아날로그 신호처리칩

의 경우 검출하는 각각의 신호에 따라 요구되는 신호 대비 잡

음비(signal noise ratio, SNR)와 전력소모가 최적화되도록 아날

로그 회로들과 디지털 신호변환 등을 제공해야 한다.

참고문헌

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2. 박종화 외 (2015). 고분자 기반 전자피부 제조 및 웨어러블 센서

Figure 10. 전자피부 매개의 소프트 로봇 조립 및 무선 작동. Figure 11. LED 배선 및 전자피부 패치를 위한 가공된 신축성 전극의 적용.

웨어러블 센서, 전자피부(e-skin)

섬유기술과 산업 22권 3호 | 241

응용. 고분자 과학과 기술.

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김효진

•2010. 연세대학교 의류환경학과 졸업

•2012. 연세대학교 의류환경학과(이학석사)

•2018. 연세대학교 의류환경학과(박사수료)

•2011-2012. 벤텍스 섬유과학연구소

•2013-2014. 한국의류시험연구원 연구개발센터

•2015-현재. 한국생산기술연구원 스마트섬유그룹