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풍선처럼 부풀려···전기 통하는 3D 구조물 뚝딱

DGIST, 고분자 박막 끝단 붙이고 가운데 공기 넣어 3D 장비 제작
굴곡진 표면 밀착 가능···유연 센서, 안구 측정 기기 등 활용 기대
국내 연구팀이 플라즈마를 이용해 유연한 3D 구조물을 쉽게 만드는 방법을 찾았다.

DGIST(총장 국양)는 김소희 로봇공학전공 교수팀이 3D 의료용 기기 제작 원천기술을 개발했다고 7일 밝혔다. 

연구팀은 두 고분자 박막에 플라즈마를 처리해 가장자리만 접착했다. 플라즈마는 전자와 이온으로 분리된 가스다. 접착되지 않은 박막의 가운데에 공기나 유체를 주입하자 박막이 부풀면서 3D 구조가 됐다. 

유연하고 부드러운 3차원 기기에 LED를 연결해 작동한 모습. 신축성 재료를 부풀려서 3차원 구조로 변형한 후에도 도선이 정상적으로 연결돼있다. (왼쪽부터)부풀리기 전, LED를 켠 상태, 부풀린 후 모습. <사진=DGIST 제공>유연하고 부드러운 3차원 기기에 LED를 연결해 작동한 모습. 신축성 재료를 부풀려서 3차원 구조로 변형한 후에도 도선이 정상적으로 연결돼있다. (왼쪽부터)부풀리기 전, LED를 켠 상태, 부풀린 후 모습. <사진=DGIST 제공>

그동안 유연한 3차원 구조물을 만들 때는 구조물 면의 위와 아래에 접착제를 발라 필름을 붙였다. 또는 이미 만들어진 구조체를 기판 위에 그대로 옮겨서 부착했다. 이런 방식은 수작업이 필요하기 때문에 제작 효율이 낮다.

연구팀이 개발한 방법을 사용하면 간단한 방식으로 3차원 장비를 만들 수 있다. 2차원 평면에서 금속 도선과 패드를 만들고 3차원 구조물로 변형하면 전기도 통한다. 유연하기 때문에 뇌처럼 복잡한 표면에서도 밀착되는 맞춤형 장치로도 만들 수 있다. 

이 기술은 유연 센서, 액츄에이터(구동장치), 뇌 인터페이스 전극, 약물전달 장치, 유체가 들어 있는 신체 기관(안구, 뇌실, 방광)의 압력측정 장치 등에 쓰일 것으로 예상된다.

이번 연구는 우연한 발견에서 시작됐다. 5년 전, 박사과정생이던 추남선 박사(공동 제1저자)는 플라즈마가 서로 다른 두 박막을 붙이는 현상을 발견했다. 추 박사는 당시 경험에서 힌트를 얻어 새로운 방식으로 3차원 구조물 제작에 도전했다. 

연구 결과는 지난 2일 미국화학회 어플라이드 머티리얼즈&인터페이스(ACS Applied Materials & Interfaces) 속표지 논문으로 실렸다. 논문에 소개된 원천기술은 국내외에서 특허로 출원 또는 등록됐다. 
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