압력에 따라 색이 변하는 전자피부 > 과 학

카멜레온은 주위 환경과 온도변화, 상태 등에 따라 몸 색깔이 변화하는 것으로 유명하다. 몸을 숨기기 위한 보호색으로 활용하는 것은 물론 상태와 기분을 나타내는 표현 수단으로도 사용한다.

미국 스탠퍼드대 연구지는 마치 카멜레온처럼 색이 변화하는 인공 전자피부(e-skin)를 개발해 대화형 웨어러블 기기나 의수, 스마트 로봇 등에 활용할 수 있는 방안을 연구 중이다. 기존에도 색상이 변화하는 소재는 있었지만 피부처럼 신축성을 함께 갖는 소재는 없었다.

전자피부는 두 가지 주된 성분으로 구성됐다. 주어진 압력에 따라 전압 개선으로 늘어나거나 줄어들 수 있는 마이크로 구조 폴리머와 전압에 따라 적색과 청색 둘 중 하나를 방출하는 전기변색 폴리머다. 전자피부를 누르거나 잡아당기면 주어진 압력에 따라 색이 변하는 형태다.

연구진은 테디 베어 인형 앞발 부분에 압력에 민감하게 반응하는 폴리머를 부착하고 배 부분에는 전기변색 폴리머를 붙여 실험을 진행했다. 50킬리파스칼 압력으로 약하게 곰의 발을 움켜졌을 땐 청색에서 회색으로 색이 변했고 손을 풀자 다시 적색으로 변하는 것을 확인했다.

움켜짐에서 발생하는 압력은 압력에 민감한 폴리머 전기 저항을 감소시킨다. 저항 감소로 인해 전기 변색 폴리머로 인가되는 전압이 증가하고 광 흡수 스펙트럼을 구성하는 폴리머 화학 구조에 변화가 나타나는 원리다.

이번 연구에 이용한 전기변색 폴리머는 적색과 청색 명암 사이에서만 변화가 일어나지만 다양한 전기변색 폴리머를 활용하면 여러 색상 변화를 구현 가능하다.

연구진은 전자피부가 여러 소비제품에 활용도가 높을 것으로 보고 있다. 단순히 옷부터 스마트폰, 웨어러블 기기 등 다양한 애플리케이션에 응용 가능성이 높다는 평가다. 개인 감정에 따라 입고 있는 색이 변하거나 착용하고 있는 인공 의수 등 상태를 확인하는 용도 등 다양하다.

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