자가 복구 센서, 반으로 잘려도 살아남아 Stretchy, Self-Healing Sensor Survives Being Cut in Half

Stretchy, Self-Healing Sensor Survives Being Cut in Half

The sensor’s performance barely suffered even after severe damage

Stretchy sensors are useful for many applications, including monitoring human health and emulating artificial muscles in soft robots. One big problem with these sensors is that they don’t last that long as they twist, stretch, and otherwise deform.

https://spectrum.ieee.org/self-healing-flexible-sensor?utm_source=homepage&utm_medium=hero&utm_campaign=2025-08-19&utm_content=hero3

신축성 있는 자가 복구 센서,

반으로 잘려도 살아남아 심각한 손상에도 센서 성능은 거의 손상되지 않았습니다.

신축성 센서는 인체 건강 모니터링이나 소프트 로봇 의 인공 근육 모방 등 다양한 분야에 유용합니다 . 하지만 이러한 센서의 큰 문제점 중 하나는 꼬이거나 늘어나거나 변형될 때 수명이 짧다는 것입니다.

벨기에 연구진이 뛰어난 자가 회복 능력을 갖춘 내구성과 신축성을 갖춘 센서를 개발했습니다 . 완전히 반으로 잘린 후에도 스스로 회복되어 거의 완벽한 성능을 유지할 수 있습니다. 이 결과는 7월 16일 IEEE Sensors Journal 에 게재된 연구 에 기술되어 있습니다 .

주저자인 라툴 상마 는 브뤼셀 자유대학교 박사과정생 으로 Imec 과 제휴하고 있습니다 . 그는 연구팀이 건강 모니터링, 재활, 동작 추적을 위한 신뢰할 수 있는 신축성 센서를 개발하고자 했다고 밝혔습니다. "이러한 시스템은 반복적인 부하나 우발적인 손상을 견뎌야 하는 경우가 많습니다. 기존의 신축성 센서는 이러한 조건에서 고장이 발생하여 신뢰성이 떨어지고 낭비될 수 있습니다."

웨어러블 기기용 자가치유형 폴리머 센서

내구성 있는 센서를 만들기 위해 상마와 그의 동료들은 디엘스-알더 가교라는 화학 결합 메커니즘을 가진 폴리머를 사용하기로 결정했습니다. 이 화학 결합은 가역적이므로 손상되면 끊어졌다가 다시 접촉하면 다시 형성될 수 있습니다. 상마는 "소재를 자르면 끊어진 결합이 반응성을 띠게 되고, 적절하게 재정렬되면 다시 연결되어 폴리머의 원래 구조를 복원합니다."라고 말합니다.

실험 결과, 연구진은 폴리머를 반으로 자르고 실온에서 약 24시간 동안 자가 치유가 가능하다는 것을 보여주었습니다. 센서를 60°C 오븐에 넣었을 때 자가 치유 과정은 최대 4시간까지 단축되었습니다.

Smart wearables could benefit from stretchable sensors capable of recovering their functionality even after sustaining significant damage. BruBotics/YouTube 스마트 웨어러블 기기는 심각한 손상을 입은 후에도 기능을 회복할 수 있는 신축성 센서의 이점을 누릴 수 있습니다. BruBotics/YouTube

부러질 때까지 늘렸다가 다시 붙이는 작업을 여섯 번이나 반복했는데도 센서는 80% 용량으로 작동했습니다.

폴리머 내부에는 갈린스탄(Galinstan) 이라는 액체 금속이 내장되어 있으며 , 이는 도체 역할을 합니다. 폴리머가 심하게 손상되면 액체 금속이 흘러나올 것으로 예상할 수 있지만, 연구진은 갈린스탄의 손실이 미미하다는 것을 발견했습니다. 연구진은 액체 금속이 공기에 노출되면 산화되어 생성된 산화물이 얇은 보호막을 형성하여 액체가 빠져나가는 것을 막는 것으로 추정합니다. 센서의 두 부분이 기계적으로 다시 연결되면 이 산화물 막은 파괴됩니다.

"이 메커니즘은 인간의 정맥이 파열된 후 더 이상의 출혈을 막기 위해 혈전을 형성하는 방식과 놀랍도록 유사합니다."라고 상마는 말합니다. "여기서 산화물은 치유가 완료될 때까지 시스템의 온전함을 유지하는 임시 봉인 역할을 합니다."

일련의 실험을 통해 연구진은 원상태 센서와 손상된 센서가 드리프트(장시간의 지속적인 스트레칭과 이완 과정에서 센서 신호가 점진적으로 변하는 현상)를 어떻게 경험하는지 살펴보았습니다. 그 결과, 원상태 센서를 800회 반복 스트레칭한 경우 드리프트가 5% 미만인 반면, 센서를 절반으로 잘라 같은 횟수만큼 스트레칭한 경우 드리프트가 10% 미만으로 나타났습니다.

상마는 "구조와 전기적 기능 모두에서 나타나는 이러한 이중 치유력이 우리 디자인을 돋보이게 합니다." 라고 말했습니다.

이 테스트는 또한 기기의 수명이 다한 후에도 소재를 높은 효율로 재활용할 수 있음을 보여줍니다. 상마는 "센서 소재의 95% 이상을 회수하여 재가공할 수 있으며, 이는 친환경 웨어러블 기기를 향한 중요한 발걸음입니다."라고 말합니다.

연구팀은 의료 재활, 스포츠 경기력 모니터링, 소프트 로봇 시스템 등 다양한 분야에 활용될 수 있도록 센서 상용화 가능성을 적극적으로 모색하고 있습니다. 연구팀은 이 소재의 상용화를 위해 분사 기업인 발렌스 테크놀로지스 (Valence Technologies)를 설립했습니다.

앞으로 연구진은 센서를 확장하여 전신 움직임을 추적할 수 있도록 하는 것을 목표로 하고 있으며, 땀에 노출되었을 때 센서의 성능이 어떻게 나타나는지 확인하는 등 실제 환경에서 장기적인 내구성 테스트를 실시하고자 합니다.

Smart wearables could benefit from stretchable sensors capable of recovering their functionality even after sustaining significant damage. BruBotics/YouTube

https://youtu.be/SeLYJ6_qT_k