정예환·유형석 교수팀이 개발한 고무처럼 늘어나도 무선통신 성능을 유지하는 기판
[정예환 교수 제공. 재판매 및 DB 금지]

(서울=연합뉴스) 조승한 기자 = 국내 연구진이 세계 처음으로 고무처럼 늘리거나 줄여도 무선통신 성능을 유지하는 기판 소재 개발에 성공했다.

무선통신 회로는 늘어나는 정도에 따라 주파수가 바뀌는 문제가 있었는데 이를 해결하면서 전자피부 등 신축성 웨어러블 기기에도 무선통신을 본격 활용할 수 있으리란 기대가 나온다.

과학기술정보통신부는 한양대 융합전자공학부 정예환 교수와 전기생체공학부 유형석 교수 공동연구팀이 고무처럼 형태를 변형해도 무선통신 성능을 유지하는 전자피부를 개발해 22일(현지 시각) 국제학술지 '네이처'에 발표했다고 밝혔다.

'고무처럼 늘려도 무선통신 성능이 유지되는 전자 피부 개발'
(세종=연합뉴스) 배재만 기자 = 한양대 융합전자공학부 정예환 교수가 22일 정부세종청사에서 형태를 변형해도 무선통신 기능이 그대로 유지되는 세계 최초 신축성 웨어러블 무선통신 시스템 개발에 관해 설명하고 있다. 이 내용은 네이처지에 'Strain-Invariant Stretchable Radio-Frequency Electronics'(변형 불변 신축성 무선주파수 전자 기기)란 이름으로 발표됐다. 2024.5.23

의료나 건강관리 등 다양한 분야에서 쓰이는 전자피부 기반 웨어러블 기기는 외부와 통신하고 전력을 전송받을 수 있는 무선 주파수(RF) 소자와 회로가 필수다.

하지만 무선 주파수 회로는 늘어나거나 구부러지기만 해도 작동 주파수 대역이 변하는 문제가 있어 통신이 끊기거나 전력 송수신 효율이 급격히 낮아지는 게 문제였다.

이런 문제를 감안해 회로 구조를 설계해도 교류 신호를 전달하는 기판의 전기적 특성 때문에 성능이 떨어지는 현상이 그대로 남아 있었다.

정 교수는 "작동 주파수가 2.4기가헤르츠(㎓)인 블루투스 회로의 경우 30%만 느려도 주파수가 1.7㎓로 떨어진다"며 "디자인을 접목해도 1.9㎓까지 떨어지는 것으로 나타났다"고 설명했다.

연구팀이 개발한 기판(왼쪽)과 내부에 세라믹 나노입자가 뭉쳐있는 모습
[장예환 교수 제공. 재판매 및 DB 금지]

이를 극복하기 위해 공동 연구팀은 RF용 신축성 기판을 개발하기로 하고, 신축성을 가진 고무 재질 소재에 세라믹 나노입자를 섞은 후 나노입자가 기판 내부에서 뭉치며 조립되는 공정을 적용한 기판을 개발했다.

이 기판은 고무 소재에 수백 마이크로미터(㎛, 100만분의 1m) 크기로 구형으로 뭉친 세라믹 나노입자 덩어리가 박힌 형태로, 기판을 당김과 동시에 덩어리가 찌그러지면서 기판의 유전율(물질에 전기장을 걸 때 전기장이 변하는 비율)이 떨어진다.

이런 특성을 회로의 주파수 대역과 맞춰 회로가 휘어질 때 생기는 주파수 변화를 유전율 변화가 보완함으로써 회로가 송수신하는 주파수 대역을 유지해 주는 것이다.

어떤 방향으로 30%까지 늘려도 성능을 그대로 유지하며, 열전도도도 높아 발열 문제도 해결했다고 연구팀은 설명했다.

연구팀이 개발한 웨어러블 전자피부
[장예환 교수 제공. 재판매 및 DB 금지]

연구팀은 개발한 기판을 응용해 90m 이상 장거리에서도 무선 통신이 가능한 전자피부도 개발했다.

이 전자피부는 기존 기술에서 측정이 어려웠던 뇌파나 신체 움직임, 피부온도 등 인체 신호를 원거리에서 측정하고 전송하는 데도 성공했다.

정 교수는 "무선 기능이 필요한 다양한 신축성 시스템에 적용될 수 있다"며 "차세대 통신 기술인 6G 이동통신 기능을 탑재한 신축성 무선 웨어러블 기기 개발에도 착수했다"고 말했다.

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