폴더블 스마트폰, 전자피부, 로봇 등에 폭넓게 활용 기대
포스텍(포항공대) 기계공학과 이안나 교수 연구팀(이정락 박사, 박사과정 곽현수·김준식 씨)이 접히고 늘어나는 유연 전자소자의 고질적 한계를 구조 설계만으로 해결해냈다.
이번 연구는 기계 및 구조역학 분야 국제 저명 학술지 '국제기계과학저널'에 실렸다.
스마트폰은 수천 번 접었다 펴도 화면이 손상 없이 유지되는데, 그 이유는 화면 안쪽에 숨어 있는 작은 '주름' 덕분이다.
금속 전극에 있는 주름은 기기를 구부리거나 당길 때 아코디언처럼 늘어나고 줄어들며 충격을 흡수한다. 이 때문에 전극이 끊어지지 않고 오래 버틸 수 있는 것이다.
이 기술은 폴더블 스마트폰뿐 아니라 피부에 붙여 심박수나 혈압을 재는 건강 센서처럼 몸에 착용하는 전자기기에도 다양하게 적용되고 있다.
문제는 주름 제작이 어렵다는 데 있다.
탄성 있는 고무 재질의 바탕판 한쪽 면에 얇은 금속 필름을 붙여 주름을 만드는데, 이를 위해선 바탕판 두께를 금속 전극 두께의 1천배 이상 두텁게 쌓아야 구조전체가 한쪽으로 휘지 않고 제작이 가능하다. 두께를 늘이다보니 기기 자체도 둔탁해지고, 주름도 쉽게 무너져 내리는 현상이 나타났다.
이에 연구팀은 한쪽에만 붙어있는 금속필름이 힘의 균형을 잃으면서 주름생성을 어렵게 한다고 보고, 금속필름을 두개의 바탕판 사이에 넣은 구조를 만들었다. 위 아래가 같은 힘으로 균형을 이루면서 '휨 현상'이 사려졌고, 복잡한 화학처리 없이도 자연스럽고 균일한 주름이 만들어졌다.
실험결과, 바탕판 두께를 기존 대비 200분의 1 수준(전극 두께의 5분의 1)으로 줄이는 데 성공했다. 또 전극 구조를 100% 이상 늘려도 끊어지거나 무너지지 않았다. 기기를 더 얇고 가볍게 만들면서 훨씬 잘 늘어나는 전극을 구현할 수 있게 된 것이다.
포스텍 이안나 교수는 "바탕판 두께를 기존 대비 획기적으로 줄이면서도 안정적인 작동이 가능함을 입증했다"며 "이 기술은 폴더블 스마트폰을 비롯해 신체 부위에 부착하는 의료용 전자 피부, 자유롭게 형태를 바꾸는 소프트 로봇의 감지 시스템 등 다양한 분야에 폭넓게 쓰일 것으로 기대된다"고 말했다.
