조명연, 김익수(전재, 석사과정), '초고감도 비접촉 센서 개발' AMI 논문 게재

- 국제 저명 학술지 ACS 응용물질 및 계면(ACS Applied Materials & Interfaces(IF: 8.758) 게재 -

- 재료 합성 및 공정 융·복합 기술을 통한 초고감도 비접촉 센서 개발 -

- 비접촉 방식으로 호흡을 통해 전염성 질병 초기 대응, 영유아 응급상황 대처 등에의 높은 활용 기대 -

본교 전자재료공학과 오종민 교수 연구팀은 나노복합재료합성, 상온 코팅 공정, 소자 설계 및 신규 측정 기술 개발 등의 융·복합 연구를 기반으로, 세계 최고 수준의 헬스케어용 고성능 호흡 및 피부 비접촉 센서를 개발하는 데 성공했다.

헬스케어 산업은 매년 급격한 성장률을 보이고 있는 분야로 특히, 인체 건강관리와 질병 확산을 방지하는 휴먼 인터페이스 기술은 전 세계적으로 관심을 받고 있는 분야이다. 특히, 최근 코로나19, 메르스 등과 같은 새로운 바이러스에 의한 폐렴이 주기적으로 발생하여 이를 감지/관리하고 대규모 확산을 방지(비접촉)하는 인체 정보 감지 기반 휴먼 인터페이스 융합 기술에 대한 관심도가 날로 높아지고 있다.

호흡 모니터링 센서로 많이 사용되는 고분자 계열 등의 소재들은 가공성이 높지만 안정성 등과 같은 내구성이 취약한 단점을 지니고 있어 장기적으로 호흡 모니터링 중 에러를 유발할 가능성이 있다. 또한 세라믹 재료 기반의 센서의 경우 치밀한 미세구조에 의한 긴 응답시간으로 인해 호흡에 의한 변화율(접촉식 및 정전용량 방식, 30% 이하 수준)이 낮은 편이기 때문에 주변 노이즈에 취약하며 증폭기가 필수적으로 사용됨으로써 회로 구성 및 설계가 복잡하며 추가적인 부품비가 발생하는 단점을 지니고 있다.

본 연구팀이 개발한 ‘헬스케어용 초고감도 호흡 및 피부 습기 비접촉 센서’는 열적/물리적으로 안정된 세라믹 재료을 주재료로 사용하였으며, 혁신적인 센싱 메커니즘 기반의 나노 복합 소재 합성 및 경제적인 코팅 공정 기술 등을 통해 기존 재료/공정 한계를 극복하여 고감도/고내구성의 습기 센싱 특성을 확보하였다. 이를 통해 비접촉 방식으로 10cm 이상의 거리에서 호흡에 의한 변화율 10,000% 이상, 1cm 거리에서 집게손가락 수분에 의한 변화율 200,000% 이상을 달성하였으며, 이는 현재 세계 최고 수준이다.

본 연구에는 광운대 전자공학과 김남영 교수 및 화학공학과 박철환 교수, 아주대학교 김상욱 교수, 동의대학교 김성훈 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 상기의 성과를 거두었다. 논문의 주저자인 조명연 학생은 광운대 전자재료공학과 석사과정을 졸업하고 2020년에 일본 동경공업대학 박사 과정으로 입학하였으며 현재까지 SCI(E) 논문 23편 (주저자: 10편)의 활발한 연구 활동을 수행하고 있다. 또한, 공동 주저자인 전자재료공학과 석사과정 재학 중인 김익수 학생은 SCI(E) 논문 13편(주저자: 6편)으로 꾸준한 연구 활동을 진행하고 있다.

오종민 교수는 “향후 본 연구를 통해 질병 초기 대응, 영유아 응급상황 대처, 수면 습관 관리, 운동 효과 극대화 등 일상 생활에서의 안전/보건 및 삶의 질을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 전염성 질병 예방/확산 방지, 도어 및 엘리베이터 등의 공중 보건 휴먼인터페이스 응용 기술로의 활용에 기대가 매우 크다”라고 밝혔다.

이번 연구는 2020년도 정부의 재원들과 광운대의 교내연구비 지원으로 수행되었으며, 그 성과를 인정받아 권위 있는 국제학술지인 ACS 응용물질 및 계면(ACS Applied Materials & Interfaces (IF: 8.758)) 2021년 1월 26일자 온라인 판에 “CsPb2Br5 기반 센서를 이용한 헬스케어용 비접촉 호흡 모니터링 및 피부 습도 인식 시스템(Unique Noncontact Monitoring of Human Respiration and Sweat Evaporation Using a CsPb2Br5-Based Sensor)의 제목으로 게재되었다.

* Web link : https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c21097