터치가 가능한 웨어러블 섬유를 만들다

 애플 워치부터 시작하여 Fitbit, 혹은 구글 글라스까지 웨어러블 기기들은 요즘 뉴스에서 심심찮게 찾아볼 수 있습니다. 스마트워치나 구글 글라스와 같은 디바이스 형태의 기기와는 달리 입는 옷에 웨어러블 기기를 적용할 수는 없을까요?

노스캐롤라이나 주립대학교의 연구원들이 이를 궁극적으로 실현 가능케 할 새로운 섬유를 개발했습니다.

몇 년 전 근육의 전기신호를 이용한 웨어러블 기기 MYO가 발표되기도 했습니다.

 

노스 캐롤라이나 주립대학교의 Michael Dickey 교수 및 2명은 전자 기기와 연동시킬 수 있는 탄력 있고 터치에 민감한 섬유를 개발하였습니다. 그들은 이 연구결과를 Advanced Functional Materials에 게재하였습니다.

섬유를 개발한 Michael Dickey 교수는 “터치라는 인터랙션 방식은 키보드나 터치 스크린에서 많이 이용되고 있다”며 개발한 이 섬유가 탄성과 비틀림을 측정할 수 있을 뿐 아니라 터치도 측정할 수 있어서 “웨어러블 기기를 포함하여 전자기기를 새로운 방식으로 결합할 수 있을 것”이라고 말했습니다.

폴리머 가닥을 꼬아 만든 섬유의 모습

새로운 섬유는 액체 금속 합금, 최저 온도에서 융해하는 갈륨 및 인듐 (eutectic gallium and indium : EGaIn)을 포함하는 튜브 모양의 폴리머 가닥으로 만들어졌습니다. 한 가닥은 직경이 수백 마이크론에 불과하여 그 크기가 사람 머리카락보다 약간 더 두꺼운 정도입니다. 이 폴리머 가닥 세 개가 모여 한 섬유를 이루게 됩니다. 그 중 한 폴리머 가닥에는 EGaIn으로 완전히 채워지고, 하나는 EGaIn으로 2/3가, 나머지 한 가닥에는 EGaIn을 1/3정도로 채우게 됩니다. 이후 이 가닥들을 꼬아 나선형으로 고정시켜 만들어 냅니다.

 

터치 가능한 섬유의 개발 영상

위 공정으로 만들어진 섬유는 터치 스크린과 같은 방식의 축전기 방식, 즉 두 도체 사이에 전하를 저장하는 방식으로 작동합니다. 터치 스크린의 경우 축전기의 한 면으로 작용하는 도체인 손가락이 절연체인 스마트폰 화면에 닿으면, 스크린 아래에 있는 전해질의 정전 용량이 변화되고 이를 통해 터치를 인식합니다. 마찬가지로 이 섬유도 손가락이 섬유에 닿으면 그 지점에서 EGaln을 포함하는 가닥의 수에 따라 정전 용량이 변경되어, 이에 따라 접촉하는 섬유의 위치에 따라 다른 전기 신호를 전송할 수 있게 됩니다. 완전히 채운 가닥과 3분의 1만 채운 가닥, 그리고 3분의 2를 채운 가닥의 위치에 따라 위 동영상과 같이 다른 전기신호를 줄 수 있는 것입니다.

액체금속 EGaIn의 모습

연구팀은 또한 두 개의 폴리머 가닥을 이용하여 변형률을 측정하는 센서를 개발하기도 했습니다. 나선형으로 꼬인 이 두 폴리머 가닥은 완전히 EGaIn으로 채워져 있습니다. 이 상태에서 두 폴리머 가닥에 비틀림의 힘을 가하여 꼬인 정도를 늘리게 되면, 탄성력을 가진 두 폴리머 가닥이 늘어나게 되어 두 개의 튜브 안에 있는 EGaIn이 서로 가깝게 됩니다. 이에 따라 두 가닥 사이의 정전 용량이 변형되어 비틀림 센서의 대용으로도 쓸 수 있습니다. Dickey 교수는 시 섬유를 통해 “회전체가 얼마나 많은 시간과 속도로 회전하는지를 측정하는 데 유용하다”며, 탄성 소재로 제작된 섬유의 특성 덕분에 기존의 비틀림 센서에 비해 100여배 이상 더 비틀 수 있는 장점이 있다고 설명했습니다.

 

이러한 섬유의 특징을 통해 옷의 섬유와 연동하여 새로운 전자기기에 적용시킬 수 있을 것입니다. 옷의 디자인에 전혀 문제되지 않으면서도 기능적으로 간단한 조작을 제공하는 웨어러블 기기를 이 섬유를 통해 실현할 수 있을 것입니다. 뿐만 아니라 인공 근육 및 소프트 로보틱스, 혹은 길이를 변형할 수 있는 기기 등 적용 가능성이 무궁무진합니다. 단순한 폴리머 가닥에 액체 금속을 넣어 만든 이 간단한 형태의 섬유가 어떻게 발전될 지 기대됩니다. 

참고기사

Touch-Sensitive, Elastic Fibers Offer New Interface for Electronics

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