종이·연필로 '고감도 3D 터치센서' 만들다

심우영·이태윤 연세대 교수 연구팀 주도…재료 자체 거칠기 활용

이기반의 고민감도 압력센서와 3D 포스터치 키보드, 이번 연구의 압력센서는 종이 자체의 거친 표면을 미세구조로 활용하여 고감도의 압력 감지 성능을 구현하였다. 센서는 종이 위에 연필로 전극을 칠하고 유전체역할을 하는 PDMS를 스핀 코팅(Spin coating)하여 제작되었고 종이의 거칠기를 최대한 보존하기 위해 용매에 희석된 PDMS 사용해 초박막으로 도포되었다. 종이압력센서를 활용하여 사용자의 터치 세기에 따라 대소문자를 구분하여 출력하는 종이키보드를 제작했다/사진=한국연구재단<br>

주변에서 쉽게 구할 수 있는 종이와 연필로 고감도 '3D 터치센서'를 개발했다고 심우영·이태윤 연세대 교수 연구팀이 14일 밝혔다

IoT(사물인터넷) 시대를 맞아 다양한 센서 기술에 대한 수요가 증가하고 있다. 특히 표면에 인공적인 미세구조를 형성해 민감도와 유연성을 높이는 압력센서 연구가 한창이다.

하지만 표면 미세구조 형성은 고가의 재료가 필요한 데다 포토리소그래피, 증착, 식각 등의 공정을 거쳐야 하기 때문에 제작이 복잡하고 비용이 많이 드는 단점이 있다.

(왼쪽부터)이태윤, 심우영 교수/사진=한국연구재단

연구팀은 별도의 표면 미세구조 형성 과정 없이 종이 자체의 표면 거칠기를 활용해 고민감도 압력센서를 제작했다.

종이는 표면에 미세한 굴곡을 가지고 있다. 두 장의 종이를 겹쳐놓을 경우 이러한 요철에 의해 면과 면이 완전히 접촉하지 않고 종이 사이에 공기층이 생기는 특징이 있다.

연구팀은 이런 종이의 거친 표면에 연필로 전극을 형성한 후 얇은 유전층을 도포, 정전식 압력센서를 제작했다. 정전식 압력센서는 정전용량의 변화를 통해 외부 압력을 감지하는 압력센서 방식을 말한다.

또 두 장의 종이가 미세한 표면 굴곡에 의해 쉽게 눌리는 특성을 이용, 압력 감지 기능을 높여 쌀 한 톨(8mg) 무게도 구분할 수 있다.


제작된 압력센서는 민감도 0.62kPa-1, 반응시간 200ms, 5000번 이상 반복사용에도 성능저하가 없는 안정성을 보였다. 연구팀은 “기존의 고가 재료나 복잡한 공정을 통해 제작되는 압력센서와 비슷하거나 더 뛰어난 수준”이라고 설명했다.

연구팀은 개발한 종이압력센서를 이용해 종이 키보드를 제작했다. 종이 키보드의 각 키는 개별 압력센서로 구성돼 눌리는 세기를 인식할 수 있다. 사용자의 터치 세기에 따라 약한 터치와 강한 터치에 각각 소문자, 대문자를 출력하는 고감도 3D 터치 기능을 구현했다.

심 교수는 “이번 연구는 재료 자체의 거칠기를 활용하는 압력센서 연구의 새로운 패러다임을 제시한 것”이라며 “웨어러블(착용형) 기기 등 센서가 필요한 다양한 제품에 응용할 수 있다”고 말했다.