이미지 출처: NUS

팔꿈치나 무릎 부상 환자의 재활을 모니터링하기 위한 신축성과 내구성이 뛰어난 센서 패치 또는 생명을 위협하는 부상을 예방하기 위해 훈련 중에 주자의 심장 활동을 측정하는 깨지지 않고 신뢰할 수 있는 웨어러블 장치를 상상해 보자.

웨어러블 기술의 파괴적인 혁신은 이러한 스마트 장치에 전력을 공급하는 전자 회로(일반적으로 단단하거나 손상되기 쉬운 전도성 금속으로 만들어짐)에 의해 제한되는 경우가 많다.

이중층 액체-고체 전도체(BiLiSC)라고 불리는 새로 설계된 소재는 전기 전도도를 크게 떨어뜨리지 않고 원래 길이의 최대 22배까지 늘릴 수 있다.

이전에는 달성되지 않았던 이 전기-기계적 특성은 인간-장치 인터페이스의 편안함과 효율성을 향상시키고 의료용 웨어러블 및 기타 응용 분야에서 사용할 수 있는 다양한 기회를 열어준다.

싱가포르 국립대학교 교수이자 이사인 임취텍(Lim Chwee Teck)은 "우리는 차세대 웨어러블, 로봇 및 스마트 장치를 위한 강력한 성능과 기능성을 갖추면서도 '깨지지 않는' 회로에 대한 요구에 부응하여 이 기술을 개발했다."고 말했다. 보건혁신기술연구소(Institute for Health Innovation & Technology) 및 연구팀의 리더. "BiLiSC를 사용하는 액체 금속 회로를 사용하면 이러한 장치가 큰 변형을 견딜 수 있고 심지어 자가 치유되어 전자적 및 기능적 무결성을 보장할 수 있다."

임씨와 그의 팀도 NUS 디자인 공과대학 산하 의생명공학과 출신이다.

BiLiSC는 신체의 모양과 다양한 움직임을 고려해야 하는 웨어러블 장치에 사용하기에 이상적인 흥미로운 기술이다.

두 개의 레이어로 구성된다. 첫 번째 층은 자기 조립된 순수 액체 금속으로 높은 변형률에서도 높은 전도성을 제공하여 전력 전송 중 에너지 손실과 신호 전송 중 신호 손실을 줄인다.

두 번째 층은 액체 금속 미세입자를 함유한 복합재료로 파손 후 스스로 복구가 가능하다. 균열이나 찢어짐이 발생하면 미세입자에서 흘러나오는 액체 금속이 틈으로 유입되어 재료가 거의 순간적으로 치유되어 높은 전도성을 유지할 수 있다.

혁신이 상업적으로 실행 가능하다는 것을 확인하기 위해 연구원들은 확장성이 뛰어나고 비용 효율적인 방식으로 BiLiSC를 제조하는 방법을 찾았다.

연구진은 BiLiSC가 압력 센서, 상호 연결, 웨어러블 히터 및 무선 통신용 웨어러블 안테나와 같은 웨어러블 전자 장치의 다양한 전기 부품으로 만들어질 수 있음을 시연했다.

실험실 실험에서 상호 연결을 사용하는 로봇 팔은 미세한 압력 변화를 감지하고 이에 반응하는 속도가 더 빨랐다. 또한 BiLiSC가 아닌 재료로 만든 다른 상호 연결에 비해 로봇 팔의 굽힘 및 비틀기 동작은 센서에서 신호 처리 장치로의 신호 전송을 방해하지 않았다.

BiLiSC의 성공적인 시연에 이어 연구원들은 현재 재료 혁신 및 공정 제조에 노력하고 있다. 그들은 템플릿 없이 직접 인쇄할 수 있는 향상된 BiLiS 버전을 개발하려고 한다. 이는 비용을 절감하고 BiLiSC 제작의 정밀도를 향상시킨다.

이 연구는 Advanced Materials 저널에 실렸다.

출처: 싱가포르 국립대학교