전자기판을 잡아 늘리고 구겨도 끄떡없다

KAIST, 나무뿌리 구조 모방해 기판 설계
700% 늘어나고 1000번 구김 테스트 통과

스트레처블 LED 배열은 신축, 구김, 굽힘, 말림, 비틀림 등 다양한 변형 환경에서도 안정적인 성능을 유지할 수 있다. 스마트 저항 밴드는 운동 중 신체의 움직임을 실시간으로 측정하여 피트니스 모니터링과 재활 치료 등에 활용될 수 있다. KAIST 제공

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술원(KAIST) 기계공학과 박인규 교수팀이 한국전자통신연구원(ETRI)과 함께 나무뿌리 구조를 모방해 최대 700%까지 늘어나는 전자기판을 개발했다. 이 기술은 생체 모사 인터페이스 설계를 기반으로, 전자 제품의 유연성, 신축성과 기계적 내구성을 동시에 극대화하는 데 성공했다.

몸에 착용하는 스마트 기기는 물론 스트레처블 LED 디스플레이, 태양전지 등에 사용할 수 있다. 특히 시간으로 운동 데이터를 측정할 수 있는 스마트 저항 밴드에 적용해 사용자의 운동 강도와 균형을 정밀하게 분석할 수 있다.

연구진은 스트레처블 전자 제품 개발에서 기존의 한계를 극복한 혁신적 기술인 '생체 모사 인터페이스 설계(BIEFI)'를 개발했다고 6일 밝혔다.

연구진은 주 뿌리와 보조 뿌리 구조를 설계에 적용해 압력을 분산시키고, 기계적 맞물림을 통해 두 기판 사이의 강력한 접착력을 만들어냈다.

이 구조에서 주 뿌리는 외부 힘이 가해졌을 때 내부에서 발생하는 저항력, 즉 응력을 효과적으로 분산시키며 인터페이스 균열을 지연시키는 역할을 한다. 반면 보조 뿌리는 기판 사이의 접착력을 강화하고 변형 중에도 인터페이스의 안정성을 유지하도록 돕는다. 연구진은 "전자기판에 이 방식을 적용해 설계하면 다양한 변형 상황에서도 튼튼하고 제 기능을 잘 유지할 수 있다"고 설명했다.

연구진은 이 기술로 유연한 폴리이미드(PI) 기판과 신축성있는 실리콘 소재의 에코플렉스(Ecoflex) 기판을 결합한 뒤 그 위에 여러 센서와 배터리를 넣어 스마트 저항 밴드를 만들었다. 이 밴드의 신축성과 내구성을 테스트한 결과, 최대 700%까지 늘어났으며, 1000회 이상 늘리고 비틀어도 기기에 이상이 없었다.

박인규 교수는 "생체 모사형 설계가 차세대 전자 기술을 위한 새로운 표준이 될 수 있으며, 앞으로 인터페이스 설계의 최적화와 접착력 향상, 더욱 복잡한 뿌리 구조 모방 등을 통해 기술을 발전시켜 나가겠다"고 말했다.

한편, KAIST 기계공학과 굴 오스만 박사과정생과 김택수 교수, ETRI 김혜진 박사가 함께 한 박인규 교수팀은 이번에 개발한 전자기판을 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 발표했다.

[e-mail] 김만기 기자