건물에 붙인 필름의 색변화로 안전진단

[파이낸셜뉴스] 한국기계연구원 나노융합연구본부 나노리소그래피연구센터 윤재성 박사팀이 건축물 노후화를 색변화만으로 알아낼 수 있는 필름형태의 변형센서를 개발했다. 이 필름형 센서를 건물에 붙이면 고비용과 전문성이 필요한 구조물 진단 및 모니터링 기술없이도 자연스럽게 변하는 색을 모니터링함으로써 노후와 및 손상 등 안전성을 쉽게 파악할 수 있다.

4일 기계연구원에 따르면, 연구진은 이 센서를 만들기 위해 공작새 깃털, 모포나비 등의 발색 원리인 '구조색 현상'에 착안했다.

이 필름 나노광학 센서는 기계적 변형을 나노패턴에 의한 광학적 발색으로 표현했다. 변형량을 시각정보로 표현해 색소나 염료, 별도 전원이 필요 없는 형태다.

스마트폰을 이용해 색상을 수치화하면 정밀 계측이 가능해 기존 구조물 측정 및 모니터링 과정을 패치 부착으로 단순화했다.

특히 관찰각도에 영향받지 않는 기술을 세계 최초로 개발했다. 색상이 일정하게 유지되는 나노패턴을 개발해 각도로 인한 영향을 보정하는 기준값으로 활용하도록 했다. 이를 이용하면 관찰 각도를 모르는 상태에서도 변형량의 정밀 측정이 가능하다.

또한 연구진은 색상변화 이미지를 인공지능으로 학습해 위험 여부를 판별하는 모니터링 솔루션을 확보했다. 스마트폰의 앱을 통하거나 드론, 로봇, CCTV 등 측정 방법을 다양화하면 기존에 측정이 어려웠던 건축물, 구조물의 손상 및 위험성도 판별할 수 있다. 원천기술을 이용해 색상의 발현 자체를 제어하는 필름도 개발했다. 투명 필름에서 특정 조건에서만 모양이 나타나는 필름으로 제작할 수 있어 위조방지 및 보안용 필름으로 적용 가능하다.

윤재성 박사는 "필름 나노광학 센서 기술을 활용하면 건축물과 시설물의 노후화 진단이 획기적으로 간편해진다"며, "정확도 높은 모니터링 솔루션을 낮은 비용으로 제공함으로써 사회 안정성 향상에 기여하겠다"고 말했다.

한편, 연구진은 필름 나노광학 센서 기술을 개발해 10건 이상의 국내특허, 1건의 국제특허(PCT)를 출원했으며, 현재 1건의 미국 특허를 추진 중이다.

또한, 저명 학술지인 미국 화학회(ACS) '응용 나노 소재(Applied Nano Materials)'에 표지논문으로 선정됐으며, 영국 왕립화학회(RSC)의 권위 있는 학술지인 '나노스케일 어드밴스(Nanoscale Advances)'에도 게재가 확정됐다.

[e-mail] 김만기 기자