한강 세빛섬과 강남대로 등 한국에서 촬영해 큰 화제를 모았던 영화 ‘어벤져스: 에이지 오브 울트론’. 영화에 나오는 ‘비전’은 어벤져스 세계관에만 존재하는 가상 물질 ‘비브라늄’으로 만들어진 인공지능 로봇이다. 비전은 신체 골격과 팔자주름 등 사람의 모습을 완벽하게 재현했으며, 카멜레온과 같이 다양한 색깔로 피부색을 바꿀 수 있다. 또, 상황에 따라 보이거나 보이지 않게 만드는 영화 속 투명 조절 기술은 누구나 한 번쯤 상상해 보았을 것이다. 영화가 현실이 되는 시대, 상상만 했던 장면이 현실에서 이루어질 수 있을까?
POSTECH 전자전기공학과 최수석 교수 · 박사과정 남승민 씨 연구팀은 ‘카이랄 구조’(분자의 회전 비대칭성을 의미한다. 오른손과 왼손처럼 서로 겹쳐지지 않는 광학 상태를 가지며, 스프링과 같은 광학적인 오른쪽이나 왼쪽으로 분자가 회전된 나노 구조를 말한다.)를 가지는 광학 탄성체(chiral photonic elastomers, 이하 CPE)를 사용해 카멜레온 피부와 같은 인공 전자 피부 제작 기술을 최초로 개발했다. 이번 연구는 우수성을 인정받아 융합 연구 분야 국제학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’의 후면 속 표지(inside back cover) 논문으로 게재될 예정이다.
최근, 플렉서블(Flexible)의 궁극 기술로 알려진 스트레쳐블(Stretchable) 기술(자유로운 늘림이 가능한 유연 연신 기술로, 궁극의 플렉시블 전자소자기술로 알려 있다. )은 디스플레이와 유연 센서 소자 등 분야에서 그 중요성이 증가하고 있다. 또, 이 기술은 피부의 자유로운 수축 · 팽창의 유연함을 모사한 인공 전자 피부 기술로 진화되고 있다.
특히, 카멜레온과 같이 색을 조절할 수 있는 생체 피부는 독특한 나노 규칙의 구조색(Structural Color: 빛의 파장길이에 해당하는 수백 나노미터의 규치적 나노 구조에서 나타나는 빛의 특정 색 구현기술을 나타낸다.) 형성과 함께 피부 조직을 늘임으로써 피부의 다양한 색을 표현한다. 따라서, 이러한 카멜레온과 같은 인공피부 원천기술 개발 연구가 전 세계적으로 급격히 관심받고 있다. 전자 피부와 관련된 여러 연구 중 아직 한 번에 하나의 색에서 다중색(Multi-Color)을 자유롭게 동시 분리 · 변화하고, 전기적 동작을 통해 다중색을 조절한 사례는 없었다.
연구팀은 카멜레온 피부에서 착안하여, 특별한 나노공정 없이도 자기 조립된 스프링 모양의 분자 회전 특성과 다양한 나노 구조 길이 변화를 통해 색을 변화시키는 CPE를 제작하였다. 이 CPE는 전기적인 힘이나 신호를 받아 스스로 늘어나거나 줄어드는 전기적 신축성이 있다. 또, 카이랄 나노 회전 길이(Chiral Pitch)의 스트레칭으로 동시다발적으로 여러 나노 구조 길이를 조절해 카멜레온 피부와 같이 동작하는 다중색 변화 스트레처블 전자 피부 기술을 개발했다. 전기 조절이 가능한 이 기술은 전자소자화에도 활용될 수 있다.
이어, 연구팀은 실험을 통해 CPE 기반 전자 피부가 동물의 보호색처럼 주변 환경과 같은 색을 나타내는 것을 확인했다. 이는 이번 연구가 위장 기술 및 암호화 분야에도 충분히 적용될 수 있음을 실험적으로 보여주는 결과다. 또, 연구팀은 눈에 보이는 색 조절 기술에서 한 단계 더 나아가 물체가 실제로 존재하지만 필요에 따라 눈에 보이거나 보이지 않도록 투명도까지 조절된 빛의 파장 제어를 통해 투명 카멜레온 전자 피부화 기술의 실험적 구현에도 성공했다.
연구를 이끈 최수석 교수는 “한 색상만 표현할 수 있던 기존의 한계를 넘어 다양한 색을 동시에 조절 표현하고, 투명도까지 제어한 연신형 전자피부화 기술을 최초로 구현했다”며, 향후 “차세대 디스플레이와 전자 피부, 암호화, 생체 모방형 소프트 로봇 등 다양한 응용 연구에도 널리 적용되기를 바란다“는 말을 전했다.
이번 연구는 삼성미래기술육성재단의 지원으로 진행되었다.
