KAIST·고려대·홍콩대 공동연구진, 10㎛ 이하 ‘로봇의 눈’ 구현…제조 비용·에너지 크게 절감
로봇과 자율주행 기술의 핵심 부품으로 꼽히는 적외선 센서를 고온 열처리 없이 상온에서 정밀 제작할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
고온 공정의 한계를 넘어선 이번 연구는 차세대 IoT 기기 및 자율주행 센서 시장에서 큰 전환점이 될 것으로 전망된다.
KAIST는 3일 김지태 교수 연구팀이 고려대학교 오승주 교수, 홍콩대학교 티안슈 자오 교수팀과 함께 10㎛ 이하 초소형 적외선 센서를 3차원 프린팅 방식으로 구현하는 데 성공했다고 발표했다.
적외선 센서는 인간의 눈으로 볼 수 없는 파장 영역을 감지해 물체의 특징을 전기 신호로 변환하는 장치다.
야간이나 연기, 안개 등 가시성이 떨어지는 환경에서도 물체를 식별할 수 있어 자율주행 카메라, 산업용 로봇, 사물인터넷 센서에 필수적으로 사용된다.
하지만 기존 제조 방식은 수백 도 이상의 고온 열처리가 필요해 사용 가능한 소재 종류가 제한되고 제조비용과 에너지 소모가 크다는 문제가 있었다.
연구팀은 이러한 한계를 해결하기 위해 금속·반도체·절연체를 나노결정 잉크 형태로 변환해, 이를 층층이 쌓아 정밀하게 구조를 구축하는 3D 프린팅 공정을 고안했다.
또한 나노입자 표면의 리간드(화학 결합 매개체)를 전도성 분자로 치환하는 ‘리간드 교환 기법’을 적용해 별도의 고온 공정 없이도 높은 전기적 성능을 확보했다.
그 결과, 머리카락 굵기의 약 10분의 1 수준인 10㎛ 이하 초소형 센서 제작이 가능해졌다.
이는 소형 웨어러블 기기, 초경량 로봇, 초미세 자율주행 센서 탑재 등에 직접 활용할 수 있는 수준이다.
김지태 KAIST 교수는 “기존 반도체 공정에서 발생하던 막대한 열처리 에너지 소모를 줄이고, 제조 비용과 환경 부담을 크게 낮출 수 있다”며 “적외선 센서 제조 패러다임을 근본적으로 바꾸는 기술이 될 것”이라고 말했다.
이번 연구는 국제 과학저널 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’ 10월 16일 온라인판에 게재됐다.