KAIST, 물기와 외부 간섭 없이 정밀 감지 가능한 나노 갭 압력 센서 선보여
KAIST(한국과학기술원) 연구진이 비 오는 날이나 샤워 후에도 스마트폰 터치 오류 없이 정밀하게 작동하는 압력 센서를 개발했다. 이번 연구 성과는 인간의 촉각 수준에 근접한 정밀도를 보이며, 향후 웨어러블 기기, 로봇, 증강현실(AR) 및 가상현실(VR) 인터페이스 등의 다양한 분야에서 혁신적인 변화를 가져올 것으로 기대된다.
터치 오류 없는 정밀한 압력 센서 개발
KAIST 전기및전자공학부 윤준보 교수 연구팀은 물방울이 묻거나 굽힘, 전자기 간섭이 있는 환경에서도 안정적으로 압력을 감지할 수 있는 나노 갭 압력 센서를 개발했다고 밝혔다. 기존 정전용량 방식 압력 센서는 스마트폰과 웨어러블 기기 등 다양한 휴먼-머신 인터페이스(HMI) 기술에 활용되고 있지만, 외부 간섭 요소로 인해 오작동하는 문제가 있었다.
연구팀은 이 문제의 원인이 센서 가장자리에서 발생하는 ‘프린지 필드(Fringe Field)’라는 전기장 왜곡 현상임을 밝혀냈다. 이를 해결하기 위해 센서 전극 간격을 수백 나노미터(nm) 수준으로 좁히는 방식을 적용해 프린지 필드를 최소화했다.
나노 갭 압력 센서, 외부 간섭 없이 정밀 작동
연구팀은 독자적인 마이크로·나노 구조 공정을 활용해 전극 간격이 900nm에 불과한 나노 갭 압력 센서를 개발했다. 실험 결과, 이 센서는 물기나 전자기 간섭에도 영향을 받지 않고, 오직 압력만을 정확하게 감지하는 것으로 확인됐다.
특히, 이번 연구는 인간의 피부에서 촉각을 담당하는 ‘메르켈 원반(Merkel’s disc)’을 모사한 인공 촉각 시스템 구현에도 성공했다. 기존 기술로는 압력만을 정밀하게 감지하면서 외부 간섭을 배제하는 것이 어려웠으나, 이번 연구 성과를 통해 무선으로 정밀한 촉각 감지가 가능한 시스템이 완성되었다.
HMI 기술 확장… 포스 터치 패드까지 구현
연구팀은 나노 갭 압력 센서를 다양한 전자기기에 적용하기 위한 실험도 진행했다. 그 결과, 포스 터치 패드 시스템을 개발해 높은 해상도로 압력의 크기와 분포를 측정할 수 있음을 확인했다. 이 시스템은 간섭 없이 압력의 크기와 분포를 정밀하게 인식할 수 있어 향후 스마트 디바이스에 혁신적인 변화를 가져올 것으로 기대된다.
윤준보 교수는 “이번 연구로 개발된 나노 갭 압력 센서는 비가 오거나 땀이 나는 상황에서도 기존 압력 센서처럼 오작동하지 않고 안정적으로 작동한다”며 “많은 사람들이 일상에서 겪어온 터치 오류 문제를 해결할 수 있을 것”이라고 말했다. 또한 “향후 로봇의 정밀한 촉각 센서, 의료용 웨어러블 기기, AR·VR 인터페이스 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것”이라고 덧붙였다.
국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 게재
이번 연구는 KAIST 전기및전자공학부 윤준보 교수, 양재순 박사, 정명근 박사과정 연구원과 성균관대학교 반도체융합공학과 유재영 조교수(KAIST 박사 졸업)가 제1 저자로 참여했다. 연구 결과는 세계적인 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 2025년 2월 27일자로 게재되었다.
한편, 이번 연구는 한국연구재단의 중견연구지원사업과 선도연구센터지원사업의 지원을 받아 수행되었다.
#KAIST #압력센서 #나노갭센서 #스마트폰터치 #터치오류 #프린지필드 #인공촉각 #HMI #포스터치 #과학기술 #네이처커뮤니케이션즈
