[생활TECH] 자극을 감지하는 전자피부

[테크월드=김지윤 기자] 인공으로 만든 피부가 인간의 진짜 피부처럼 넓은 표면을 두르면서, 다양한 기능까지 갖출 수 있을까?

최근 속속 발표되는 전자피부 분야의 연구 성과들은 전자피부의 높은 가능성을 증명하고 있다. 최근 주목받는 웨어러블 기기의 최종 목적지는 입는 대신 부착하거나 몸에 삽입하고 설치하는 형태가 되리라 예상되는데, 전자 피부는 그 종착지에 가깝다.

전자피부란?

전자피부는 외부의 신호를 받아들이는 감지 소재와 신호의 전달 및 증폭을 담당하는 트랜지스터와의 결합을 통해 사람의 피부 기능을 모사한 플렉서블 전자소자이다. 사람의 피부는 수직 압력, 인장력, 진동, 유체의 흐름 등 다양한 감각을 인식할 수 있고 상처를 자연적으로 치유할 수 있는 능력이 있다. 따라서, 최근 사람의 피 처럼 다양한 방향의 압력을 인식하고 외부 충격에 의한 손상을 입은 후에도 다시 원상태로 회복될 수 있는 전자피부 개발에 대한 연구가 관심을 받고 있다.

외부 요인을 인지할 수 있는 원리

인간을 포함한 포유류 피부에 존재하는 메르켈 세포 안의 피에조2 단백질은 대표적인 생체이온이 이동하는 채널로, 평상시에는 닫혀 있지만 기계적인 자극이 발생하면 ‘점-유탄성’ 원리에 의해 열리게 돼 이온이 이동한다. 이런 이동의 흐름은 전기적인 신호를 발생시켜 뇌에 전달돼 외부 압력을 인지하게 된다. 점-유탄성이란 탄성과 점성을 동시에 갖고 있는 고체 안에 유체가 점성을 갖고 흐르는 성질을 말한다.

전자피부에서는 이를 모사해 기계적인 자극이 발생하면 폴리우레탄 고분자의 변형에 의한 ‘점-유탄성’ 원리로 이온성 액체가 이동해 전기적 신호의 변화를 유도해 외부 압력을 인지하는 원리다.

전자피부의 밝은 전망

전자 피부는 수술용 로봇 등에 유용하게 쓰일 전망이다. 전자 피부를 수술용 로봇에 설치하면 수술 부위의 촉감을 집도의에게 정확하게 전달할 수 있어 정교한 수술이 가능하다. 로봇이 느끼는 힘을 의사가 그대로 전달받을 수 있는 것이 큰 장점이다. 또한 사람 피부에 부착해 맥박을 재거나 재난을 감시하고 구조하는 로봇 등에도 다양하게 쓰일 수 있을 것으로 기대된다. 

전자피부에 원래 피부에는 없는 기능을 더해 업그레이드 시킬 수도 있다. 냄새 맡는 피부가 바로 그런 예다. 국내 연구진은 유해가스 및 유기용매에 의해 물체의 전기 용량이 변화하는 특성을 이용해 촉각과 함께 냄새를 감지하는 인공피부를 만들었다. 이런 기능은 화재나 유독 가스 유출 등의 위험 상황을 빠르게 포착하고, 재난 현장에서의 구조 활동에도 유용하게 사용되리라 기대된다. 그 밖에도 소리를 듣거나 자기장을 이용해 위치를 파악할 수 있는 피부 등이 연구되고 있다.

전자피부가 널리 상용화되는데까지는 앞으로도 많은 연구가 필요하겠지만 많은 사람들에게 여러 방면에서 도움을 줄 수 있길 바란다.