▲ 종이접기 기반 변형 센서

남캘리포니아대(USC) 비테르비공과대 연구팀이 소프트로봇, 웨어러블 디바이스, 임플란트 제품 등에 활용할 수 있는 종이접기(오리카미) 기반 변형 센서를 개발했다고 25일 밝혔다.

이번 연구 성과는 과학 전문 학술지인 ‘사이언스 어드밴시스(Sciences Advances)’에 발표됐다.(논문 제목:“High-Stretchability and Low-Hysteresis Strain Sensors Using Origami-Inspired 3D Mesostructures)

항보 자오, 샹하오 황, 루이 펑 등 연구팀은 이번 연구 논문에서 물체의 변형이나 왜곡이 얼마나 발생했는 지를 측정할 수 있는 신축성 변형 센서를 개발했다고 밝혔다. 이 센서는 향후 인간 장기의 변형을 감지하거나 소프트 로봇·웨어러블 디바이스의 환경 감지 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

▲ 좌측이 항보 자오 교수

항보 자오(Hangbo Zhao) USC 교수는 "크고 역동적인 변형을 측정할 때, 많이 늘어나고, 빠르게 반응하며, 정확하게 판독할 수 있는 센서를 만드는 것이 이번 연구의 도전 과제"라고 말했다.

현재의 신축성 변형 센서는 대부분 고무와 같은 소프트 재료를 사용한다. 하지만 이러한 유형의 재료는 반복적인 사용 시 재료 특성에 비가역적인 변화를 일으킬 수 있으므로 변형 감지와 관련해 신뢰할 수 없는 측정값을 생성한다.

연구팀은 이를 개선하기 위해 새로운 유형의 센서 구조를 고안했다. 종이접기에서 영감을 받아 단단한 물질들이 패널의 각 면에 전극으로 접히도록 했다. 마치 펼쳐진 책의 앞과 뒷면에 전극이 달린 모양을 하고 있다.

새로 개발된 센서는 반복적인 사용에도 높은 감지 정확도로 원래 크기의 3배까지 늘어날 수 있다. 약 5제곱 밀리미터의 작은 면적에서 22밀리초 미만의 시간 안에 변형을 감지한다.

이 센서는 크고 복잡한 변형을 정확하게 측정할 수 있다. 이는 소프트 로봇의 움직임을 감지하고 인간 관절의 움직임을 추적하거나 심지어 질병 감지를 위해 방광과 같은 장기를 모니터링하는 데도 응용될 수 있다고 연구팀은 밝혔다.