POSTECH(포항공과대학교·총장 김무환)은 노준석 기계공학과·화학공학과 교수 연구팀이 초고속 광학 습도 센서를 개발했다고 28일 밝혔다. 이번 연구는 정충환·장재혁 화학공학과 통합과정, 홍성훈 ETRI(한국전자통신연구원·원장 김명준) 책임연구원·김수정 박사, 송영민 GIST(광주과학기술원·총장 김기선) 교수와의 공동연구로 진행됐다.

빛을 이용한 센서는 빛을 이용해 주변의 변화를 감지하고 이를 디지털 신호로 변환한다. 이런 센서는 현재 심전도·대기질 측정 등에서 활용되고 있다. 다만 기존 센서의 경우 제작 단가가 높고, 속도 효율 개선이 필요했다.

연구팀은 무질서한 금속 나노 입자층과 키토산 하이드로젤 금속 반사판을 이용해 금속-하이드로젤-금속 구조의 광학센서를 개발했다. 이중 키토산 하이드로젤은 주변의 습도가 바뀌면 팽창과 수축을 반복하는 특성을 가지고 있다. 따라서 습도가 바뀔 경우 센서의 공진 주파수가 변화하는 형식이다.

이 센서는 기존 광학 센서보다 약 1만 배 빠른 속도를 가진다. 그 원리는 장수풍뎅이의 껍질과 같다. 장수풍뎅이의 껍질 내부는 사각형 구멍이 이어진 다공성 격자 구조로 이뤄져 있다. 이 구조는 특정 파장의 빛을 받으면 이를 반사하는데, 습도에 따라 각기 다른 색으로 나타난다. 이번에 개발된 센서는 장수풍뎅이처럼 나노 입자 사이에 다공성 공간을 설계했다. 이를 통해 습도 변화에 따라 다양한 보안 코드를 빠른 속도로 보여줄 수 있었다.

노준석 교수는 "본 습도 센서는 나노물질과 나노구조가 적용되었지만 저비용으로 대량생산할 수 있다는 게 특징"이라며 "습도 변화에 따라 다양한 보안 코드를 보여줌으로써 습도에 민감한 전자 장치, 지폐, 여권, 신분증 등의 보안 태그로 활용할 준비를 하고 있다"고 말했다.

한편, 이번 연구는 삼성미래기술육성센터의 지원을 받아 이뤄졌다. 연구성과는 최상위 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)'에 최근 게재됐다.