국립부경대, 신호 뒤틀림 낮은 '젤라틴 전자피부' 개발 성공

늘였다 줄여도 신호 안정적인 센서
젤라틴 기반 하이드로겔 센서 개발
전기적 히스테리시스 극도로 낮춰
미세 생체신호부터 큰 동작까지 정밀 감지
AI 활용성 높아 차세대 웨어러블 플랫폼 주목

부경대 연구팀(김용현, 박명기 교수)

국립부경대학교 연구팀이 피부처럼 늘어나고 줄여도 신호 왜곡이 거의 없는 젤라틴 기반 하이드로겔 센서를 개발하며 AI 웨어러블 플랫폼의 가능성을 제시했다.

국립부경대학교 디스플레이반도체공학전공 김용현 교수, 화학과 박명기 교수 연구팀이 개발한 이 소재는 사람의 미세한 움직임부터 큰 관절 운동까지 안정적으로 감지할 수 있다고 밝혔다.

이 소재는 피부에 부착해 신호를 수집하고, 이를 인공지능(AI)이 학습하면 사람의 동작을 높은 정확도로 구분할 수 있어 차세대 웨어러블 전자피부(e-skin) 플랫폼으로 주목받는다.

연구팀은 돼지 피부 콜라겐에서 유래한 젤라틴에 글리세롤과 폴리에틸렌글리콜을 더해 피부처럼 말랑하고 탄력 있는 기본 구조를 만들었다. 여기에 은 나노와이어와 전도성 고분자를 결합한 하이브리드 전도 네트워크를 입혀 높은 전기 전도성과 내구성을 확보했다.

특히 글루타르알데하이드 가교(crosslinking) 공정을 통해 장시간 사용에도 형태와 성능이 유지되도록 설계했다.

개발한 하이드로겔 센서의 가장 큰 특징은 전기적 히스테리시스(신호 뒤틀림)가 극도로 낮은 것이다. 이 소재는 200%까지 늘려도 신호 왜곡이 3.5% 이하로 매우 낮아, 같은 움직임이면 항상 같은 신호를 안정적으로 제공한다.

또한, 1000회 이상의 반복적인 변형에도 성능이 유지되는 내구성을 보였다.

이 하이드로겔 센서는 실제 피부에 붙여 손가락 굽힘, 팔·무릎 관절 운동 같은 큰 동작은 물론, 맥박, 호흡, 표정 변화 같은 미세 생체신호까지 정밀하게 인식했다.

연구팀은 센서를 무선 시스템에 연결해 데이터를 실시간으로 전송하고, 이를 AI가 분석하도록 해 13가지 동작을 약 97.7% 정확도로 분류하는 데 성공했다.

연구팀은 이번 연구에서 기존 하이드로겔의 약점이었던 신호 불안정 문제를 근본적으로 줄이는 데 성공했다. 이 소재가 AI를 기반으로 인간과 기계 인터페이스(HMI), 디지털 헬스케어에 적용할 수 있는 '지능형 전자피부'로 확장될 것으로 전망했다.

김용현 교수는 "이번 연구로 부드러움과 신뢰성, AI 활용성을 한 번에 잡았다"며 "이 소재가 정밀 생체신호 모니터링과, 재활·스마트 운동 코칭, 차세대 웨어러블 기기, 로봇 전자피부 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대한다"고 밝혔다.

부산=김성욱 기자 attainuk0518@