“냉각소자 필요없는 열영상센서 개발…스마트폰·자율주행 적용”

KIST·성균관대 연구팀 "냉각소자 없이 100℃에서 작동…열영상센서 저가화 가능"

국내 연구진이 냉각소자가 필요한 기존 열영상센서와 달리 냉각소자 없이도 100℃에서 안정적으로 작동하는 열영상센서를 개발, 스마트폰으로 체온을 측정하고 자율주행자동차에도 적용할 수 있는 길을 열었다.

한국과학기술연구원(KIST)은 광전소재연구단 최원준 박사팀과 전자재료연구단 백승협 박사팀이 성균관대 백정민 교수팀과의 융합연구로 100℃에서도 냉각소자 없이 동작하는 열열상센서를 개발, 기존 열영상센서의 가격과 작동온도 문제를 극복할 수 있게 됐다고 밝혔다.

열영상센서는 인체나 물체가 방출하는 열을 감지해 영상화하는 센서로 야간작전 등 군사용 기술로 활용돼 왔으며 최근에는 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 확산 후 건물 출입관리 등에서 비접촉식 체온 측정을 위한 열열상 온도계로 이용되고 있다.

온도에 따라 저항이 변하는 물질을 이용하는 기존 열영상센서는 온도가 높아지면 저항값이 작아지면서 센서의 민감도가 급격히 떨어져 냉각소자로 이를 식혀줘야 하는 단점이 있다.

고사양 냉각소자의 경우 가격이 200만원이 넘는 등 고가이며, 열영상센서 원가의 10% 이상을 차지하고 전력 소모가 커 스마트폰이나 자율주행 자동차 등에 적용하는 데 걸림돌이 돼 왔다.

열영상센서를 작동 중 열이 발생하는 스마트폰에 내장하기 위해서는 85℃에서, 자율주행 자동차에 사용하기 위해서는 자동차 전장부품 기준인 125℃에서 문제없이 안정적으로 동작해야 한다.

연구팀은 이 연구에서 이산화바나듐(VO₂) 박막을 이용해 열에서 발생하는 적외선을 감지해 전기신호로 바꾸는 소자를 제작하고 여기에 이전 연구에서 태양전지가 원적외선을 더 잘 흡수할 수 있게 하기 위해 개발한 흡수체를 적용해 100℃에서 냉각소자 없이 안정적으로 작동하는 열영상센서를 개발했다.

연구팀은 초기 연구목표는 85℃에서 안정적으로 작동하는 열영상센서를 개발하는 것이었으나 제작된 소자는 100℃에서도 상온에서와 동일한 수준으로 적외선 신호를 얻을 수 있다고 설명했다.

또 응답속도가 기존 열영상센서의 초당 30~40프레임 수준을 뛰어넘어 100프레임의 화상 촬영이 가능해 자율주행 자동차에 사용할 수 있다고 연구팀은 밝혔다. 열영상센서는 야간 악천후 상황 등에서 자율주행 자동차가 사람 등 생명체를 감지할 수 있게 해 안정성을 높이는 데 활용될 수 있다.

연구팀은 국내 기업 등과 스마트폰에 내장용 열영상센서 개발을 추진하고 있으며, 125℃에서 작동하는 저항온도계 소재를 개발해 자율주행 자동차용 열영상센서로 개발하는 후속 연구를 하고 있다.

KIST 최원준 박사는 “이번에 개발한 열영상센서는 제작 가격을 획기적으로 낮출 원천기술로 기존 소자보다 민감도와 동작 속도가 우수하다”며 “앞으로 스마트폰 및 자율주행 자동차용 센서로 활용에 속도가 붙을 것으로 기대한다”고 말했다.

이 연구결과는 박막분야 학술지 ‘응용 표면 과학'(Applied Surface Science) 최신호에 게재됐다.

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