한국과학기술원(KAIST) 기계공학과 박인규 교수와 한국전자통신연구원(ETRI) 공동 연구팀은 나무뿌리를 모방한 생체 모사 인터페이스 설계를 통해 유연성과 신축성을 높인 전자기판 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.

최근 웨어러블 전자기기, 스트레처블 디스플레이 등 분야에서 고 신축성 전자 소자에 대한 수요가 증가하고 있다.

신축성을 높이기 위해 '키리가미'(특정 모양으로 자른 뒤 접었다가 펼치면 입체 형상을 나타냄) 등 다양한 기판 설계 방식이 시도되고 있지만, 인터페이스에 균열이 생겨 장기간 사용 시 성능이 떨어지는 등 문제가 있다.

연구팀은 나무뿌리가 흙 속에 깊게 뻗어 단단히 고정되는 모습에서 영감을 받아 '주 뿌리' (primary roots)와 '보조 뿌리'(secondary roots) 구조를 설계했다.

주 뿌리는 응력(외력에 의해 변형된 물체 안에서 발생하는 힘)을 분산시켜 균열 발생을 최소화하는 역할을 하고, 보조 뿌리는 기판 사이의 접착력을 강화해 안정성을 유지하도록 돕는다. 나무뿌리 구조를 이용해 균열 전파와 계면 박리 현상을 효과적으로 방지할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

최대 700%까지 늘어날 수 있으며, 인터페이스가 쉽게 분리되지 않아 장기간 안정적으로 작동할 수 있다. 또 1천차례 이상의 반복된 변형에도 성능 저하 없이 유지되는 신뢰성을 확보했다.

박인규 교수는 "실시간으로 운동 데이터를 측정할 수 있는 스마트 저항 밴드, 유연한 태양 전지 등에 활용할 수 있다"며 "인터페이스 설계 최적화와 접착력 향상, 더욱 복잡한 뿌리 구조 설계를 통해 기술을 발전시킬 계획"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈' (Nature Communications) 지난달 호 온라인판에 실렸다.