October 19,2018

통신기능 장착 ‘스마트 섬유’ 개발

실시간 건강 모니터링 등 다양한 활용

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소리를 내거나 주변 기기와 정보를 주고받는 ‘소통하는 옷감’이 나오면 얼마나 좋을까? 웨어러블 기기에 대한 관심이 높아지면서 이미 ‘입고 있는’ 옷에 통신 기능을 넣자는 아이디어가  떠오르고 있다.

그렇다면 가장 먼저 옷에 통신 기능을 부착하는 건 누구일까? 미국 MIT대학 연구진이 ‘우리가 최초’라며 손을 들고 나왔다.

MIT대학 연구진은 8일 미국 첨단기능섬유(AFFOA; Advanced Functional Fabrics of America)와 공동으로 전자기기가 장착된 ‘스마트 섬유’를 생산했다고 네이처(Nature) 저널에 발표했다. MIT에 따르면 이 섬유는 유연성이 있고 가늘어서 바로 천으로 짜는 것이 가능한 수준이다.

발광다이오드가 내장된 실로 짠 천 ⓒ MIT

발광다이오드가 내장된 실로 짠 천 ⓒ MIT

연구진은 이 섬유가 발광다이오드(LED)를 포함한 고속 광전자 반도체를 장착했다고 밝혔다. 방수기능을 가져 세탁도 거뜬하다.

연구진은 이번 연구로 반도체의 기능을 급속도로 발전시킨 ‘무어의 법칙’이 섬유에서도 작용하기 시작할 것으로 보고 있다. 섬유의 기능성도 반도체처럼 시간이 지날수록 급격히 좋아질 것이라는 분석이다.

광섬유 원료에 모래알만한 LED넣어 제작

광섬유는 보통 원통형의 프리폼(preform, 광섬유 모재 光纖維母材)에서 제조가 시작된다. 지름 20~25mm에 길이가 60~70cm인 석영 유리봉인 프리폼에서 광섬유를 뽑아낸 다음, 실패같이 생긴 스풀에 감는 것이다.

연구진은 이 프리폼에 모래 알갱이만한 크기의 발광다이오드(LED)와 광전 다이오드(photosensing diodes)를 첨가했다. 동시에 머리카락 굵기의 구리선 한 쌍을 넣었다.

광섬유를 추출하기 위해 프리폼을 화로에 넣어 가열하면 폴리머로 된 프리폼이 부분적으로 녹아 내리는 과정이 생긴다. 이때 다이오드가 구리선으로 연결되면서 가운데로 정렬되는 것이다.

이렇게 만든 섬유를 실제 사용하기 위해서는 방수 기능이 필수다. 이에 연구진은 수족관 안에 이 섬유를 넣어두고 각종 실험을 진행했다.

연구진은 수족관 바깥에서 헨델의 음악을 틀어놓고 물 속 섬유에 고속으로 광시그널을 전달했다. 그랬더니 물 속 섬유가 빛 진동을 전기신호로 전환시키는 것이 확인됐다. 이 섬유는 물 속에서 수 주 동안 견뎠다.

반도체 다이오드가 들어간 섬유는 군사, 의학 등 다양한 분야에서 활용이 가능하다. 예를 들어 이 섬유를 이용해 손목밴드를 만들면 심장박동, 혈액 중 산소수준 등을 실시간으로 모니터링할 수 있다.

연구진은 이 기술을 응용한 상품이 빠르면 내년 초 시장에 나올 것으로 예상했다. 실험실 연구가 상업화되는 시간으로는 엄청나게 빠른 속도다.

이번 연구의 주 저자이면서 기본 컨셉을 고안한 마이클 레인(Michael Rein) 연구원은 “이같은 접근법은 섬유를 만드는데 대한 새로운 통찰력을 제공하는 것”이라고 말했다.

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