원하는 형태·크기로 '로봇 전자눈' 적외선 센서 만든다

[이데일리 강민구 기자] 국내외 연구진이 어둠 속에도 사물을 인식해 ‘전자눈’이라 할 수 있는 적외선 센서를 원하는 형태와 크기로 제작할 수 있는 상온 3차원(3D) 프린팅 기술을 선보였다.

한국과학기술원(KAIST)은 김지태 기계공학과 교수 연구팀이 오승주 고려대 교수, 티안슈 자오 홍콩대 교수와 함께 상온에서 원하는 형태와 크기의 10 마이크로미터 이하 초소형 적외선 센서를 제작할 수 있는 3D 프린팅 기술을 개발했다고 3일 밝혔다.

연구진의 증명사진.(왼쪽부터) 김지태 KAIST 교수, 오승주 고려대 교수, 티안슈 자오 홍콩대 교수.(사진=KAIST)

적외선 센서는 눈에 보이지 않는 적외선 신호를 전기 신호로 바꾸는 핵심 부품으로 로봇비전 등 다양한 분야의 미래형 전자기술을 구현하는 데 필수적이다. 센서의 소형화·경량화, 다양한 형태(폼팩터) 구현의 중요성도 커지고 있다.

기존 반도체 공정 기반 제조 방식은 대량생산에는 적합했지만, 빠르게 변화하는 기술 수요에 유연하게 대응하기 어려웠다. 고온 공정이 필수여서 소재 선택이 제한되고, 에너지 소비가 많다는 한계가 있었다.

연구팀은 금속·반도체·절연체 소재를 각각 나노결정 형태의 액상 잉크로 만들어 단일 프린팅 플랫폼에서 층층이 쌓아 올리는 초정밀 3차원 프린팅 공정으로 문제를 해결했다.

분석 결과, 적외선 센서의 핵심 구성 요소를 상온에서 직접 제작할 수 있고, 맞춤형 형태와 크기의 초소형 센서 구현이 가능해졌다.

특히 연구팀은 나노입자 표면의 절연성 분자를 전기가 잘 통하는 분자로 바꾸는 ‘리간드 교환’ 기법을 3D 프린팅 과정에 적용해 고온 열처리 없이도 우수한 전기적 성능을 확보했다.

김지태 교수는 “3차원 프린팅 기술은 적외선 센서의 소형화·경량화를 넘어 기존에 상상하기 어려웠던 폼팩터 제품 개발을 앞당길 것”이라며 “고온 공정에서 발생하는 막대한 에너지 소비를 줄여 생산 단가 절감과 친환경적 제조 공정을 실현하고, 적외선 센서 산업의 지속 가능한 발전에 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 지난 달 16일자 온라인판에 게재됐다.

적외선 센서 픽셀 3차원 프린팅.(자료=KAIST)