한기대, 빛으로 작동하는 초저전력 스마트 센서 개발

한국기술교육대학교 에너지신소재화학공학부 에너지신소재공학전공 조윤행 석사과정생, 심영석 교수

한국기술교육대학교는 에너지신소재화학공학부 심영석 교수 연구팀(주저자 조윤행 석사과정생)이 빛으로 작동하는 스마트 센서를 개발해 식물의 호흡 환경과 건강 상태를 실시간으로 진단할 수 있는 광활성 기반 식물 건강 모니터링 플랫폼을 구현했다고 13일 밝혔다.

이번 연구 성과는 독일 Wiley-VCH에서 발간하는 세계적 권위의 학술지 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)' 11월 온라인판에 게재됐으며, 논문 제목은 'Scalable Photoactive NO2?Sensing Framework for Plant Health Monitoring'이다.

심 교수 연구팀은 3차원 다공성 이산화티타늄(TiO2) 나노구조를 정밀하게 제작해 빛의 확산과 결함 유도형 흡수를 극대화한 새로운 광활성 구조체를 구현했다.

이를 통해 외부 열 공급 없이도 자연광으로 구동되는 식물 통합형 스마트 센서 플랫폼을 개발했으며, 200일 이상 안정적으로 작동하는 초저전력 특성을 입증했다.

개발된 센서는 계절·날씨 변화 등 극한 환경에서도 높은 감도와 선택성을 유지하며, 66.3 피피큐(ppq, 1000조분의 1) 수준의 검출 한계와 5% 미만의 변동 계수를 달성해 현장 적용에 필요한 정밀도와 안정성을 모두 확보했다.

특히 실제 식물 잎에 부착한 실험에서 자연광으로 식물 폐사 유해인자인 이산화질소(NO2) 변화를 정밀하게 추적했으며, 감지된 데이터는 스마트폰과 스마트워치로 실시간 전송되어 식물 건강 상태를 원격으로 모니터링할 수 있는 기술적 가능성을 제시했다.

심영석 교수는 "이번 연구는 광활성 나노구조를 활용해 열에너지 없이도 작동하는 식물 통합형 스마트 센서를 구현한 최초의 사례"라며 "실내외 광 환경에서 장기간 안정적으로 작동하는 초저전력 센서 기술로, 차세대 스마트팜과 환경안전 분야에 새로운 가능성을 열었다"고 말했다.


천안=하재원 기자