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[카드뉴스] 보이지 않아도 알아요

[In-depth] IoT시대의 나노기술....보이지 않아도 알아요

나노 기술로 만든 기기는 크기가 매우 작으면서도 전력이 적게 드는 게 장점이다. 이런 특성이 가장 큰 힘을 발휘할 수 있는 분야가 있다. 바로 사물인터넷(IoT)이다. 생활 속 기기를 촘촘히 연결해야 해 크기가 작아야 하는데다, 통신과 연산에 드는 전력이 적게 들어야 한다는 조건이 나노와 딱 맞기 때문이다.

현재 나노 기술을 기반으로 한 IoT기술은 위험을 감지하는 센서를 중심으로 연구되고 있다.

청정에너지로 최근 과학, 공학계와 산업계에서 모두 각광 받고 있는 수소 에너지 모니터링 센서가대표적이다. 현재도 냉각시스템이나 석유 정제시설 등에 이용되고 있다. 하지만 가연성 물질이라 새어나올 경우 위험하다는 단점이 있다. 냄새도 색도 없기에 탐지하기도 쉽지 않다.

박인규 KAIST 기계공학과 교수와 정연식 신소재공학과 교수팀은 플라스틱의 일종인 폴리스티렌구슬이 스스로 조립되는 현상을 응용해 실리콘 기반의 수소 탐지 센서를 개발했다. 연구팀은 수소에 반응하는 원소인 팔라듐을 나노 입자로 만들었다.

그 뒤 팔라듐의 변화에 발맞춰 선폭이 50nm(나노미터, 1nm는 10억 분의 1m)인 실리콘 나노 그물의 전기 저항이 바뀌면서 수소 누출 여부를 탐지했다. 이 기기는 기존 수소 센서보다 50% 이상 빠르고 수소 민감도는 10배 이상 높다. 이 연구결과는 지난 3월 학술지 ‘스몰’ 표지논문으로 발표됐다.

생활 속 버려지는 작은 에너지를 붙잡아 전기를 생산하는 데에도 나노 IoT 기술이 스며들어 있다. 온도차를 전기로 바꾸는 열전소재다. 작고 휴대성이 높은 IoT에 나노 기기는 최적의 전력원으로 꼽힌다.

백승협, 김진상 한국과학기술연구원(KIST) 전자재료연구단 박사팀은 재료를 압출(눌러서 뽑아내는 기술) 방식으로 변형해 내구성이 강한 고효율 열전소재 제조기술을 개발해 3월 학술지 ‘액타
마테리알리아’에 발표했다.

연구팀은 열전 반도체 소재인 비스무스-텔루라이드 소재를 녹인 뒤 좁은 공간에 눌러 넣어 뽑아내는 방식으로 재료의 열전 효율을 높이는 방법을 개발했다. 기존에는 재료를 따로 사용해 주입하는 등 추가공정이 필요하고 비쌌는데, 문제를 근본적으로 해결했다.

헬스케어 분야도 IoT가 활약하는 분야다. 실시간으로 건강 상태를 체크하는 것도 IoT의 중요한
임무다. 일본 도요하시 연구팀은 종이를 가위로 잘라 접는 방식과 비슷한 방식으로 재료를 3차원 구조로 만드는 ‘키리가미(きりがみ)’ 방식을 채용해 얇은 필름 형태의 나노 헬스케어 탐침을 개발했다. 이는 쉽게 휘어져서 몸에 붙여도 잘 떨어지지 않는다.

연구팀은 대뇌 피질처럼 주름진 대뇌 피질 등에 안정적으로 붙여 알츠하이머 등을 모니터링하고 치료할 때 쓰일 수 있을 것으로 보인다. (*키리가미 방식: 종이접기와 자르기를 통해 평면 구조를 입체 구조 만드는 기술)
생활 공간 곳곳에 설치된 센서와 인공지능(AI)이 연결돼 편리하게 생활 환경을 최적화하는 ‘초연결, 초지능 사회’는 곧잘 미래 사회가 맞게 될 가장 변화된 모습으로 꼽히곤 한다. 나노 기술이 이런 사회를 앞당길지 주목해 보자.


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