스마트폰 화면에 물방울 묻어도 '완벽 터치'…KAIST 나노갭 압력센서 개발

스마트폰 화면에 물방울이 묻어도, 원활한 터치가 가능한 센서가 개발됐다. KAIST(총장 이광형)는 전기및전자공학부 윤준보 교수 연구팀이 어떠한 상황에서도 외부 간섭을 받지 않는 압력센서를 개발했다고 10일 밝혔다. 기존 스마트폰 터치 시스템에 주로 사용하는 정전용량 방식 압력 센서는 구조가 간단하고 내구성이 뛰어나지만, 물방울이나 전자기 간섭, 굴곡으로 인한 굽힘 등 외부 간섭 요소에 의해 오작동이 발생하는 약점이 있다. 연구팀은 이 같은 원인 분석 결과 센서 가장자리에서 발생하는 전자기력인 '프린지 필드(Fringe Field)'가 외부 간섭에 극도로 취약했다. 연구팀은 전극 간격을 수백 나노미터(nm) 수준으로 좁혀 시험한 결과 센서에서 발생하는 프린지 필드를 수 퍼센트 이하로 억제할 수 있음을 확인했다. 이를 기반으로 나노갭압력센서도 개발했다. 양재순 박사(제1저자)는 "이 센서는 압력을 가하는 물질에 관계없이 오로지 압력만을 감지했다"며 "굽힘이나 전자기 간섭에도 감지 성능에 영향이 거의 없는 것을 검증했다"고 설명했다. 연구팀은 또 이 센서 특성을 활용해 인공 촉각 시스템도 구현했다. 인간의 피부에는 메르켈 원반(Merkel's disc)라는 압력 수용기가 있어 압력을 감지하는데, 이를 모사하기 위해서는 외부 간섭에는 반응하지 않고 오직 압력에만 반응하는 압력 센서 기술이 필요하다. 양 박사는 "전극 간격을 줄이는 방법으로 이 문제도 함께 해결됐다"며 "해상도가 인간의 경우 1제곱센티미터에 수용기가 10개 정도 되는데, 우리는 12개의 센서가 들어간다"고 부연설명했다. 양 박사는 "향후 이 센서를 휴대폰 구조에 맞게 개선한 뒤 센서 제작공정을 잘 다듬어 상용화하는 방안을 추진할 의향을 갖고 있다"고 말했다. 윤준보 교수는 “앞으로 로봇의 정밀한 촉각 센서, 의료용 웨어러블 기기, 증강현실(AR) 및 가상현실(VR) 인터페이스 등 다양한 응용 분야에서 혁신적인 변화를 가져올 수 있을 것"으로 기대했다. 이 연구에는 KAIST 전기및전자공학부 양재순 박사, 정명근 연구생(박사과정), 성균관대 반도체융합공학과 유재영 조교수(이상 제1저자)가 참여했다. 연구결과는 국제 학술지 `네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications)'(2월27일자)에 게재됐다.