텍사스 A&M 대학의 연구원들은 조정 가능한 전자 및 열 생체 감지 기능을 보여주는 나노공학 하이드로겔을 활용하여 인간의 피부처럼 구부리고, 늘어나고, 감지할 수 있는 3D프린트된 전자 피부('E-skin')를 개발했습니다.

감지 기능을 통해 인간 피부의 유연성과 신축성을 모방할 수 있는 전자 피부(E-skin)는 로봇 공학, 웨어러블 기술 및 의료 분야에서 혁신적인 잠재력을 가지고 있습니다.  움직임, 온도, 심박수 및 혈압과 같은 생체 신호를 지속적으로 모니터링하여 사용자에게 피드백을 제공하고 운동 능력 및 조정 능력을 향상시키는 데 도움이 되는 웨어러블 건강 장치도 포함됩니다. 텍사스 A&M 생의학공학과 교수이자 연구 책임자인 Akhilesh Gaharwar 박사는 “E-skin 개발의 영감은 기술, 인체 및 환경 간의 더욱 발전되고 다양한 인터페이스를 만들고자 하는 욕구에 뿌리를 두고 있습니다. 이 연구의 가장 흥미로운 측면은 로봇공학, 보철공학, 웨어러블 기술, 스포츠 및 피트니스, 보안 시스템, 엔터테인먼트 장치에 잠재적으로 응용할 수 있다는 점입니다."라고 말했습니다.

그러나 E-skin을 개발하는 것은 피부와 같은 유연성을 갖춘 내구성 있는 재료를 만들고, 생체 감지 능력을 통합하고, 착용 가능하거나 이식 가능한 응용 분야를 위한 고급 제조 기술을 사용하는 등 중요한 과제를 안고 있습니다. 
이러한 장애물을 극복하기 위해 조정 가능한 전자 및 열 바이오센싱 기능을 갖춘 새로운 종류의 나노공학 하이드로겔을 활용하는 3D 프린팅 전자 피부가 제작되었습니다

Advanced Functional Materials에서 발표한 연구논문에서 전자피부(E-Skin)에 대해서 자세히 설명되어 있습니다. 논문명은 3D Printed Electronic Skin for Strain, Pressure and Temperature Sensing (변형, 압력 및 온도 감지를 위한 3D 프린팅 전자 피부) 입니다.

<삼중 가교, 전단박화 및 조직 접착 나노공학 하이드로겔 개발 개략도, 이미지 : 발표 논문의 이미지 일부>

<금속, 플라스틱, 고무, 유리 및 인간 피부에 대한 Pul-SH/PDA/MoS 2 하이드로겔 의 접착 특성, 이미지 : 발표 논문의 이미지 일부>

<나노공학 하이드로겔 잉크의 3D 압출 인쇄 가능성. 곡선형 원통형 선, 원형 루프, 크로스해칭 패턴, 속이 빈 별, TAMU 로고, 속이 빈 원통의 인쇄 구조는 3D 프린팅에 대한 나노공학 잉크의 다양성, 이미지: 발표 논문의 이미지 일부>

이 논문의 결론에 아래와 같이 3D프린터를 활용한 결과에 대해 얘기하고 있습니다.
..중략...3D 프린팅된 구조물은 뛰어난 레이어 내 안정성을 보여주고 최적의 해상도를 달성하여 다양한 모양의 높은 충실도 프린팅을 촉진합니다. 이러한 3D 프린팅 가능성을 활용하여 하이드로겔 E-스킨은 특정 모양과 크기로 맞춤 설계될 수 있습니다. 이는 정확한 적합성을 보장하고 신호 손실을 최소화하며 정확한 판독을 보장합니다. 개발된 나노공학 하이드로겔 시스템은 인간의 움직임을 감지하고, 촉각을 감지하고, 음성 진동 및 체온을 감지하는 전자 피부로 등장할 놀라운 잠재력을 보여주었습니다.

<3DGURU Opinion>

이 논문에는 연구원들이 사용한 3D프린터의 모델명까지 공개하고 있습니다. 꽤 좋은 3D프린터를 사용할 것 같았는데, 의외로 저가의 Anet A8 3D프린터를 개조하여 사용했다고 합니다. 소재가 필라멘트가 아니라, 하이드로겔과 같이 점성이 높은 소재이므로, 재료 공급하는 부분, 압출기, 노즐 등 부위를 적합하게 개조했을것으로 추측됩니다. 

전자피부가 갖춰야할 다양한 특성을 보유한채 3D 형상을 구현하기 위해 3D프린터를 사용한 것은 좋은 선택으로 보입니다. 상용화된다면 하이드로겔 출력에 특화된 3D프린터 개발이 필요하겠네요. 논문의 연구자 명단을 보니, 한국분도 계신것 같네요.

<참고 논문 : 3D Printed Electronic Skin for Strain, Pressure and Temperature Sensing>

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