본 연구를 통해 개발된 고안전성 신축성 웨어러블 기기 / 사진. 한양대학교

 

한양대학교는 정예환 융합전자공학부 교수와 유형석 바이오메디컬공학과 교수 공동연구팀이 기존에 보고된바 없는 나노복합소재 기술을 이용해 고안정성을 지닌 신축성 웨어러블 무선통신 시스템을 개발했다고 지난 24일(금) 밝혔다.

 

본 연구는 세계 권위의 국제학술지 ‘네이처 (Nature, IF 64.8)’ 5월 23일자에 게재된 해당 기술은 신축성 무선통신 디바이스 (안테나, 전송선로, 코일)에 범용적으로 적용이 가능하다. 향후 웨어러블 무선통신 시스템에 큰 발전을 가져올 수 있을 것으로 평가된다.

최근 웨어러블 헬스케어, 삽입형 의료기기, 메타버스 등 광범위한 데이터 및 파워 전송을 위해 무선통신 기술의 개발은 필수적이다. 하지만 기존 무선통신 전자기기들은 늘어나거나 변형이 되면 작동주파수 대역(예: 블루투스 2.4GHz, NFC 13.56MHz) 이 변하기 때문에 무선통신기기로 사용이 불가하다. 작동주파수의 변화는 신축성 무선통신기기의 성능을 저해하는 현실적인 한계점으로 지적됐다.

정 교수팀과 유 교수팀은 기존의 문제점들을 해결하고자 나노 클러스터 기반 나노복합소재를 개발했고, 이를 무선통신 시스템의 기판으로 활용하였다. 논문 공동 제1저자인 한양대 김선홍 박사는 신축성 무선 전자기기가 늘어나는 상황에서, 무선 전자기기를 지지해주는 기판의 유전율을 효과적으로 낮춤으로써 무선통신 전자기기의 공진주파수를 안정화하는 데 성공했다고 밝혔다. 나노클러스터를 포함하는 나노복합소재는 늘어날 경우 내부 고유전 나노클러스터가 타원형으로 변하면서 전체적인 나노복합소재의 유전율을 떨어뜨린다.

정 교수와 유 교수팀은 데이터 전송을 위한 블루투스 무선통신 안테나 (2.4 GHz), 파워전송을 위한 코일 (13.56 MHz), 그리고 회로에 사용되는 전송선로 (4GHz)에 연구 원리를 적용해 넓은 여러 범위대의 작동주파수를 안정화하는데 성공했다. 또 해당 기술은 유전손실률 및 높은 열 방출특성, 낮은 모듈러스를 지니는 등 신축성 전자기기를 개발하기 위한 필수적인 성능을 갖추고 있어 신축성 웨어러블 시스템의 무선통신 기술을 다방면에서 한층 더 발전시켰다.

개발 기술을 기반으로 기존에 구현하지 못했던 90 m 이상의 장거리 통신이 가능한 웨어러블 무선통신 시스템도 선보였다. 헬스케어를 위한 전신 바이오 패치로 적용하면 우리 몸에서 나오는 생리학적 신호들 (뇌파, 움직임, 피부온도, 근육신호)을 원거리에서도 확인할 수 있다. 이외에도 엔터테인먼트, 교육 그리고 재활 및 원격 환자 케어 등 다양한 응용 가능성과 함께 큰 잠재력을 가지고 있다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 우수신진연구와 뇌과학원천기술개발사업 및 과학기술정보통신부와 정보통신기획평가원이 추진하는 전파연구센터와 인공지능반도체대학원 사업의 지원으로 수행됐다.