스트레처블 전자 제품 혁신… 스마트 저항 밴드·유연 디스플레이·태양전지 적용 기대
KAIST 연구진이 나무뿌리의 구조를 모방해 최대 700%까지 늘어날 수 있는 신축성 전자기판을 개발했다. 이번 기술은 웨어러블 기기, 스트레처블 디스플레이, 스마트 저항 밴드, 태양전지 등 다양한 차세대 전자제품에 적용 가능하며, 기존 전자 소재의 한계를 극복할 수 있는 획기적인 기술로 평가받고 있다.
KAIST 기계공학과 박인규 교수 연구팀은 한국전자통신연구원(ETRI)과 공동 연구를 통해 ‘생체 모사 인터페이스 설계(Bioinspired Interfacial Engineered Flexible Island, 이하 BIEFI)’ 기술을 개발했으며, 이를 통해 전자 제품의 신축성과 기계적 안정성을 획기적으로 향상시키는 데 성공했다.
이 연구는 **과학기술정보통신부의 지원을 받아 한국연구재단의 중견연구자지원사업 및 정보통신기획평가원(IITP)의 연구 과제로 수행되었으며, 2025년 2월 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 연구 결과가 게재되었다.
나무뿌리에서 영감을 얻은 전자기판 혁신, 생체 모사 인터페이스로 신축성과 내구성 극대화
KAIST 연구진은 자연에서 발견되는 나무뿌리의 구조를 모방해 기계적 인터페이스를 설계함으로써, 기존 전자기판의 한계를 극복하는 새로운 기술을 개발했다. 연구진은 나무의 주 뿌리(primary roots)와 보조 뿌리(secondary roots) 구조에서 착안해, 응력을 효과적으로 분산시키고 기판 사이의 강한 접착력을 구현할 수 있도록 설계를 최적화했다. 주 뿌리는 응력을 분산시키며 인터페이스의 균열을 방지하는 역할을 한다. 보조 뿌리는 기판 간의 기계적 잠금(interlocking) 역할을 수행해, 늘어나거나 휘어질 때도 구조적인 안정성을 유지할 수 있도록 돕는다. 이러한 구조를 적용한 결과, 기존보다 600% 이상의 신축성을 확보했으며, 최대 700%까지 늘어날 수 있는 기판을 구현하는 데 성공했다. 또한, 1,000회 이상의 반복적인 변형에도 성능 저하 없이 안정적인 작동을 유지하는 것을 확인했다.
신기술 적용 사례: 웨어러블 기기부터 태양전지까지
BIEFI 기술은 스마트 저항 밴드(Smart Resistance Band, SRB)에 적용되어 사용자의 운동 강도와 균형을 실시간으로 측정하는 데 활용될 수 있다. 기존의 웨어러블 센서보다 더 높은 신축성과 내구성을 가지며, 피트니스 및 재활 치료 분야에서 광범위하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 연구팀이 개발한 기판을 스트레처블 LED 디스플레이에 적용한 결과, 늘어남, 비틀림, 구부러짐 등의 다양한 물리적 변형에도 안정적으로 작동함을 확인했다. 이 기술은 차세대 유연 디스플레이 및 전자소자 개발에 핵심적인 역할을 할 것으로 기대된다. BIEFI 기술을 적용한 유연 태양전지는 에너지를 저장하고 LED를 구동하는 데 성공하며, 향후 웨어러블 및 스마트 기기의 에너지원으로 활용될 가능성을 제시했다. 이를 통해 에너지 하베스팅 기술과 결합한 차세대 전자제품 개발이 가능해질 전망이다.
신축성 전자 플랫폼의 새로운 기준 제시
이번 연구는 기존의 신축성 전자 제품이 가진 한계를 극복하고, 웨어러블 기기, 유연 디스플레이, 스마트 헬스케어, 전자 피부(Electronic Skin) 등 다양한 분야에서 응용할 수 있는 기반 기술을 마련했다. 박인규 교수는 “이번 연구를 통해 생체 모사형 인터페이스 설계가 차세대 전자 기술의 새로운 표준이 될 수 있음을 확인했다”며, “앞으로 인터페이스 설계를 최적화하고 접착력을 더욱 향상시키며, 복잡한 뿌리 구조를 모방한 추가 연구를 진행할 계획”이라고 밝혔다. 연구진은 신축성과 내구성을 동시에 확보한 인터페이스 기술을 더욱 발전시켜, 전자 제품의 안정성과 사용 수명을 극대화할 수 있도록 연구를 지속할 예정이다. 이를 통해 스트레처블 전자 제품의 상용화를 앞당기고, 다양한 산업 분야에서 혁신적인 응용 사례를 창출할 것으로 기대된다.
차세대 신축성 전자 제품의 혁신적인 도약
KAIST 연구팀이 개발한 나무뿌리 모방 인터페이스 설계 기술은 차세대 스트레처블 전자 제품의 신축성과 내구성을 극대화하며, 기존 기술의 한계를 뛰어넘는 혁신적인 성과로 평가받고 있다. 최대 700%까지 신축 가능하며, 1,000회 이상의 변형 테스트에서도 안정적인 성능을 유지한다. 스마트 저항 밴드, 스트레처블 LED 디스플레이, 태양전지 등 다양한 분야에 적용되며 차세대 전자 제품의 핵심 기술로 자리 잡을 전망이다. 생체 모사 기반 인터페이스 설계 기술이 스트레처블 전자 기기의 새로운 기준이 될 가능성이 높으며, 상용화 가능성을 더욱 높이고 있다. 이번 연구 성과는 기계공학, 전자공학, 헬스케어 등 다양한 산업 분야에서 활용될 것으로 기대되며, 향후 신축성 전자 제품의 실용화를 가속화하는 데 중요한 역할을 할 것으로 보인다.
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