이번 연구를 수행한 UNIST 김수현(왼쪽부터), 권순용 교수, 데바난다 모하파트라 연구교수.[UNIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 피부에 붙이기만 하면 체온뿐 아니라 기침, 침 삼킴 등 미세한 신체 변화를 모두 파악, 심혈관호흡기질환을 조기에 진단할 수 있는 기술이 개발됐다.

UNIST(울산과학기술원) 반도체소재부품대학원 김수현·권순용 교수팀은 온도와 압력 변화를 모두감지할 수 있는 티타늄 탄질화물 기반 초고민감도 맥신(MXene) 소재를 개발했다고 11일 밝혔다.

맥신은 금속과 탄소 또는 질소로 이루어진 2차원 나노 물질이다. 두께가 얇고 뛰어난 전기전도성을 가지고 있으며, 다양한 금속화합물과 조합할 수 있어 전극 소재로 활용하기 적합하다.

연구팀이 이번에 개발한 맥신(Ti₃CNTz)은 질소가 없는 기존(Ti3C2Tx) 소재보다 온도 변화와 압력 자극에 대한 민감도가 각각 3배와 4배 이상 개선됐다. 아주 미세한 자극에도 전기저항이 크게 변한다는 뜻으로, 기계가 사람의 상태 등을 훨씬 더 선명한 전기신호로 인식할 수 있음을 의미한다.

연구팀이 실시한 성능실험에서 이 소재를 이용해 만든 센서는 미세 압력 변화를 감지해 말하기, 침 삼키기, 기침하기 등 성대의 미세한 떨림을 완벽하게 구분해 냈다. 또한 눈가에서는 눈 깜박임을, 손목에서는 맥박 파형을 실시간으로 포착했으며, 신발 뒤꿈치에 부착해 보행 패턴을 분석할 수 있었다.

1~2mm 떨어진 상태에서 비접촉 온도 감지도 가능하다. 스마트폰 카메라 플래시에서 발생하는 적외선 열을 감지하거나, 손가락이 닿지 않은 상태에서도 접근만으로 온도 변화를 인식할 수 있었다.

김수현 교수는 “온도와 압력을 동시에 극도로 섬세하게 감지하면서도 신호 간 간섭을 효과적으로 제어할 수 있다는 점에서 차세대 인간-기계 인터페이스 및 지능형 로봇 전자 피부 기술의 전환점”이라며 “향후 헬스케어뿐만 아니라 에너지 저장, 촉매, 전자기파 차폐 등 다양한 첨단 나노소재 분야에서 새로운 설계 패러다임을 제시할 것”이라고 강조했다.

김 교수는 이어 “그간 탄화물에 국한됐던 맥신 연구를 질소를 포함하는 탄질화물로 확장해 소재의 다양성을 확보했다는 점에서 큰 의미가 있다”라고 덧붙였다.

한국연구재단 지원으로 수행된 이번 연구성과는 재료 과학분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 4월 12일 온라인 공개됐다.