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자가 치유 소재로 만든 '웨어러블 센서', 운동 시 손상되도 복원
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자가 치유 소재로 만든 '웨어러블 센서', 운동 시 손상되도 복원
  • 김수철 기자
  • 승인 2020.01.30 16:42
  • 댓글 0
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기존 웨어러블 센서의 성능 저하문제를 자가치유소재로 해결
초분자 중합체는 수소결합 등의 상호작용으로 자가치유 특성
스마트폰에 무선으로 연결한 땀 측정 센서를 이용하여 운동 중 실시간 건강상태 측정이 가능한 자가치유 웨어러블 센서
스마트폰에 무선으로 연결한 땀 측정 센서를 이용하여 운동 중 실시간 건강상태 측정이 가능한 자가치유 웨어러블 센서 / 사진=한국화학연구원

땀으로 건강상태를 실시간 측정해주고, 손상되도 자가회복하는 능력을 갖춘 웨어러블 센서가 개발됐다. 

한국화학연구원은 지난 20일 분석화학 최고 권위지 '바이로센서 및 바이로일렉트로닉스'와 '미국화학회 응용 재료 및 계면'에 이 웨어러블 센서를 발표했다. 

소재가 손상되어도 불과 30초 이내로 원래 상태로 회복된다고 한다. 중국의 쓰촨대의 기록보다 4배 이상 빠른 수준으로 전 세계 최단 시간으로 기록을 남기게 됐다. 

기존 웨어러블 센서는 걷기나 달리기, 뛰기 등의 동작으로 인해 긁히거나 파손되면 성능이 떨어지는 한계를 가졌는데 이런 성능 저하문제를 자가치유소재로 해결했다. 

초고속 자가치유 소재를 개발한 한국화학연구원 바이오화학연구센터 연구진 (왼쪽부터 한국화학연구원 김선미 연구원, 박제영 박사). / 사진=한국화학연구원

연구진은 감귤류와 목질류에서 추출하는 구연산과 숙신산 등의 친환경 화합물을 합쳐 새로운 초분자 중합체를 만들었다고 한다. 

초분자 중합체는 수소결합 등의 상호작용으로 자가치유 특성을 가지는 고분자이다. 

새로운 초분자 중합체는 말단의 카르복실산(COOH)과 알콜기(OH)가 서로 수소결합을 하고, 이로 인해 분자 간 인력이 강해져 기계적 강도가 세고, 3mm두께의 절단된 소재가 상온에서 1분 후에 아령 1kg을 들 수 있을 정도의 강도로 돌아온다고 한다. 가역적 성질로 인해 잘라도 금세 다시 붙는다는 것이다. 

초고속 자가치유 소재를 자르고 다시 붙였더니 60초 후에 추 1㎏을 들 수 있을 정도의 강도로 회복됐다.
초고속 자가치유 소재를 자르고 다시 붙였더니 60초 후에 추 1㎏을 들 수 있을 정도의 강도로 회복됐다.

땀에서 얻은 데이터를 측정하는 가느다란 실 형태의 센서와 실시간으로 스마트폰에 데이터를 전송해 보여주는 장치를 제작했는데 초고속 자가치유 소재는 센서를 감싸는 피복재로 사용됐다

이 웨어러블 센서는 땀에 포함된 칼륨, 나트륨 이온, 수소이온 등의 데이터를 통해 심근경색, 근육경련, 저나트륨혈증 등의 건강 상태를 측정한다. 

피실험자가 땀으로 건강상태를 측정하는 자가치유 센서를 바느질한 헤어밴드를 착용한 채 운동하던 중 센서를 잘랐더니 불과 20초 만에 자가치유되어 정상적으로 작동했다.
피실험자가 땀으로 건강상태를 측정하는 자가치유 센서를 바느질한 헤어밴드를 착용한 채 운동하던 중 센서를 잘랐더니 불과 20초 만에 자가치유되어 정상적으로 작동했다. / 사진=한국화학연구원


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