김남영 교수(전자공학과) 연구팀, 화재 현장 대응을 위한 자가발전 스마트 센서 개발에 성공

- JCR 7.2% Q1, IF: 14.1 과학전문지Advanced Science Journal 게재 –

- 차세대 자가발전 스마트 센서 기술 연구 개발 성공 –

(좌) 김은성 교수 (우) 김남영 교수

본교 전자공학과 김남영 교수가 이끄는 연구팀은 한양대학교 김은성 교수(광운대 전자공학과 박사 졸업), 중국 청도대학교 요소 교수(광운대 전자공학과 박사 졸업) 및 산뚱대학교 리양 교수 연구팀(광운대 전자공학과 박사 졸업)과 함께 “화재 현장 대응을 위한 차세대 자가발전 스마트 센서 기술 기술 연구 기술” 개발에 성공했다.

본 연구는 웨어러블 센서의 장기 사용에서 가장 큰 한계로 지적되는 지속적인 전원 공급 문제와 착용 불편성을 동시에 해결하기 위해, 외부 전원 없이 스스로 신호를 생성하는 자가발전형 전위차식 압력 센서 시스템을 개발한 것이다. 기존의 압전 및 마찰전기 기반 자가발전 센서는 주로 동적 자극에만 반응하여 정적인 압력을 안정적으로 감지하기 어렵고, 기존 전위차식 센서는 비통기성 기판으로 인해 장시간 착용에 한계가 있었다.

본 연구에서는 통기성 부직포 기판, 아연 도금 레이저 유도 그래핀 전극, 요오드 기반 복합 잉크 전극, PVA/ZnCl₂ 하이드로젤 전해질로 구성된 다층 구조를 설계하여, 정적 압력과 동적 압력을 모두 감지할 수 있는 유연한 웨어러블 센서를 구현하였다. 개발된 센서는 1.31 V의 개방전압, 4–256 kPa의 넓은 압력 감지 범위, 72 ms의 빠른 응답속도, 그리고 5000회 반복 구동 후 98% 이상의 신호 유지율을 보여 우수한 안정성과 내구성을 입증하였다. 

또한 센서의 실제 활용 가능성을 검증하기 위해 손가락마다 센서가 부착된 스마트 글러브를 제작하고, 손동작 인식을 기반으로 소방 방재용 스마트 카를 무선 제어하는 시스템을 구현하였다. 스마트 카에는 카메라, 온도 센서, 가스 센서가 탑재되어 화재와 같은 복잡하고 위험한 환경에서 실시간 원격 모니터링이 가능함을 확인하였다.

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이번 연구는 교육부에서 지원하는 한국연구재단(NRF) 지원 연구 프로그램의 지원(RS-2018-NR031063), RS-2023-00302751, RS-2024-00343686))을 받았다. 연구결과는 국제 저명 논문지인 Advanced Functional Materials (IF=14.1) “Toward Long-Term Reliable Human-Machine Interaction: A Flexible, Breathable, and Self-Powered Pressure Sensor System With Firefighting Validation” 제목으로 실렸다.

Web link: https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.75660