STRETCH AND FLEX 구부러지고 모양이 바뀌는 플렉서블(Flexible) 전자제품들이 더 많아지고 있다

3D 프린팅 기술과 재료들의 발달로 구부려지고, 늘어나며, 움직일 수 있는 전자제품들이 생겨나기 시작했다. 이를 통해 과학자들은 일상 생활을 변화시키는 혁신을 창조할 수 있는 새로운 지평을 열 수 있게 되었다.

의 사가 환자의 몸에 나타나는 징후들을 먼저 알아차리고 그들이 아프다는 것 을깨닫기이전에알수있는미래를 상상해보라. 또는 스마트 폰을 떨어트려 액정이 깨질 것을 걱정하지 않는 소비자들이나 위산에 의해 전력을 공급받는 체내용 당뇨측정기를 통해

언제먹을지를알수있는미래는어떠한가? 이모든이야기가현실화되기에매우먼훗날의 일인 것 같지만, 늘어나고 구부러지는 전자제품 의발전으로이제는매우실현가능한시나리오 가 되어가고 있다.
미국 MIT 대학의 미디어 연구소 책임자이며, 재 료 과학자인 캐난 데그드비렌은 “최근의 재료 과학 및 기계 공학분야의 발전으로 인해 유연하 고,늘어날수있는고성능전자시스템의실제 구현이 가능하게 되었습니다.”라고 말했다. 오늘날 IoT 기기들의 인기가 나날이 높아지고 있 는것과같이,새로등장한유연한전자기기솔루
션은 점점 가격 경쟁력이 좋아지고 있고, 스마트 폰앱을통해조정가능할수있다는잠재력때 문에기업들의주목을받고있다.실제로,2016년 에그랜드뷰리서치가발표한내용에의하면,전 세계 플렉서블 전자제품 시장은 2024년까지 미 화 8700만 불에 달할 것으로 예측하고 있다.

깨지지않는액정

캐나다퀸즈대학의휴먼미디어연구소소장인 로엘 베르트갈은 플렉서블 전자 공학이 스크린 의미래를결정할것이라고믿고있다.그의연 구팀은 풀-컬러, 고해상도, 무선 기반의 플렉서 블 스마트폰, 머리의 움직임을 따라가거나, 안경 을쓰지않고도3D이미지를렌더링할수있는 플렉서블 홀로그래픽 스마트폰이나 원통형 사 용자 인터페이스를 제공하는 게임용 리모콘 등 을포함한다양한혁신을연구중이다.

베르트갈은 “플렉서블 스크린은 다양한 이점을 제공합니다.”라며, “전통적인 전자 제품보다 더 가볍고 저렴하며, 가용성 관점에서 볼 때, 3차원 의 상호작용이 가능하게 합니다. 게다가 잘 깨지 지않아,깨지는액정에대한걱정은곧과거의 추억이 될 것입니다.”라고 말했다.

구부러지는 몸체

인체용 플렉서블 전자공학은 좀 더 구체적인 단 계에 와있다.
미국 일리노이 주 에반스톤 대학의 기계 공학과 의 양강 후왕 교수는 “기존의 전자제품의 특성 을 유지하면서도 신축성 있고 유연한 전자 제품 들은인체와조화를이룰수있는곡선형태로 만들어질 수 있습니다.”라고 말했다.
후왕 교수는 일리노이 대학의 물리화학자이자 재료과학자인 존 로져스와 메사추세츠에 위치한 웨어러블 기업 MC10과 함께 뉴저지의 기술 인큐 베이터에서 글로벌 화장품 기업 로레알을 위한 늘어나는 전자 기기를 개발했다. NFC 방식으로 앱에 의해 구동되는 이 피부용 기기는 자외선에 노출되면 색이 변하는 감광염료를 포함하고 있 다. 로레알에 따르면 해당 앱을 사용하는 60%의 사람들이 햇볕에 덜 타고, 30%는 예전보다 자외 선 차단제를 더 사용한다고 답했다고 밝혔다. MC10는 또한 벨기에에 위치한 바이오제약 회사 인 UCB와 파트너십을 맺고, 파킨슨 병을 관찰하 기위해피부에부착한센서를통해데이터를어 떻게모을수있을지에대해조사했다.이조사 는“환자의일상에대한이해를돕고,치료결과 를 개선하는 신경 질환의 관리를 개선하기 위해 통찰력을 향상시키는 데 초첨을 맞추었다.”라고 UCB의 신경과학 분야의 글로벌 신기술 부문 부 사장인 에릭 잔센이 말했다.

상용화 가능성

이러한 성공에도 불구하고, 플렉서블 전자공학의 진정한 잠재력은 아직 실현되지 못했다. 영국 캠 브리지에 위치한 리서치 기관인 IDTEchEx의 선 임 기술 분석가인 제임스 헤이워드는 이런 제품 들 중 몇몇은 이미 개념 증명(proof-of-concept) 단계를 거쳤지만, 아직도 많은 기기들이 성숙단 계에 이르지 못했다고 밝혔다.
그는 “다양한 종류의 유연한 전자 기기들이 오 늘날 상용화 가능하지만 보통 니치 마켓 용이어 서, 앞으로도 더 많이 성장하고 확장이 일어날 필요가 있다.”고 말했다. 일본동경대학의전자전기공학과타카오소메 야교수또한더유연한전자기기를만들기위해 더 큰 관심이 필요하다는 데에 동의한다.

그는“오늘날우리가접할수있는플렉서블전 자공학에서의 대부분의 혁신은 여전히 어떤 면 에서 한계가 있습니다. 때로는 배터리나 전선 등 기기 안의 여러 구성요소들이 견고한 실리콘 케 이스 안에 들어있기 때문에 불가능하기도 합니 다. 견고함과 유연함이 동시에 충족되어야 한다 는 과제를 해결해야 합니다.”라고 말했다.
MIT 미디어 랩의 데그드비렌도 여기에 동의한 다. “오늘날의 플렉서블 전자제품들은 부드러운 연조직보다 약 6배 이상 단단합니다. 결과적으 로 생물학에 해당 기술을 도입하고자 했을 때, 기계적, 기하학적 형태의 불일치와 관련한 심각 한 문제들이 발생할 수 있습니다.”라고 말했다.

프린팅 된 솔루션

미주리대학교과학기술대학의기계공학과조 교수인 헨팬은 해답이 3D 프린팅에 있다고 믿고 있다.
그는 최근 R&D 메거진과 한 인터뷰에서 “적층가 공은 재료를 바꾸기도 쉽고, 하나의 결과물에 여 러가지 다른 재료들을 한꺼번에 넣어 프린팅 할 수 있다는 장점이 있습니다.”라고 말하며, “3D 세 상에서는 거의 어떤 재료로도 프린팅이 가능합 니다. 전자기기를 만드는데 적층 기술이 매우 유 리한 이점을 가지고 있습니다.”라고 말했다. 미국 메사추세츠 주 테크버리에 위치한 레이시 온 통합방어 시스템 (Raytheon Integrated De- fense Systems)은 미국 국방성을 위해 플렉시블 전자기기를 프린팅 하는 기술 개발을 가속화하 기 위해 RURI(Raytheon-University of Massa- chusetts Lowell Research Institute)를 설립했다. 이학교는의료기기나텐트,배낭,차량및무선 건물감시장치에적용할수있는구부릴수있 고, 늘어나는 기기를 개발하려고 노력 중이다. 레이시온의 수석 연구원 메리 헤돈은 “레이시온 은 주파수 구조를 인쇄하기 위한 재료와 프로세 스를 구현하기 위해 산업계와 정부, 학계와 파트 너십을 맺고 협력하고 있습니다. 크기나 무게가 제한된 플랫폼에서는 플렉서블 전자 기기들이 조립하기더쉬워구현이더용이해질것으로 기대됩니다.”고 말했다.

스마트 태양광 솔루션

브라질 기업 Sunew는 3D 프린팅 기법을 사용하 여스마트빌딩,도시및차량에서사용할수있 는 유연한 태양열 집열판을 개발하고 있다. Sunew의 유기 발광 다이오드(OPV)기술은 진동 에대한내성이높으므로특히차량용으로유망 한 애플리케이션 환경으로 간주되고 있다. Sunew의 CEO인 티아고 알브스는 “우리는 액체
형태의 반도체를 보유하고 있으며, 이제 제조 공 정은 기본적으로 인쇄하는 형태입니다. 최저 수준 의 지속적인 비용 절감 프로세스입니다. 공장 한 개를 짓기 위해 필요한 생산 수준에 도달하려면 상당한 양의 투자가 필요합니다만, 한번 만들기 시작하면, 매우 효율적일 것입니다.”라고 말했다. Sunew의 OPV는 기존의 태양광 발전 방식과 비 교해서도 손색이 없다. 알브스는 “기존 기술의 20배 향상된 효율성과 2개월 미만의 투자 회수 기간을 거친 덕분에 기존의 태양열 패널보다 50 배~100배 더 가볍습니다.”라고 설명했다.

유연한 미래?

플렉서블 전자 공학은 불안정하고 분해 가능한 반도체의 발전에도 영향을 미친다. 예를 들어, MIT의 연구원들은 보스턴의 BWH 병원과 협력 하여위의움직임과섭취를감지할수있는플렉 서블 기기를 개발했다. 이 장치들은 적어도 이틀 동안위에있을수있고,식사의섭취를감지하 고 소화관의 움직임을 통해 에너지를 얻어 작동 한다. 이러한 에너지 수집 방식은 앞으로도 이전 엔볼수없었던삼키는전자기기들에서사용될 수 있을 것으로 보인다.
“FitBit과 같은 웨어러블 기기들은 사람들이 얼마 나많이걸었는지추적하고정량화하는것을도 울수있습니다.이와같이우리는사람들의위 에위치한기기로부터그사람이얼마나자주먹 는지를측정하여당뇨수치를측정할수있는애 플리케이션으로 활용할 수도 있습니다.”라고 BWH의 바이오의학 엔지니어이자 소화기병학 자인 카를로 트라베소가 말했다.
하버드 비즈니스 스쿨의 전문가들도 비슷한 혁 신 프로젝트를 진행중이다.
하버드 의대 강사인 지오바르소 트라베소는 “우 리는 플렉서블 전자 공학 분야에서 상당한 발전 을 기대하고 있습니다.”며, “GI관에서, 플렉서블 전자 장치는 움직임을 감지하여 환자의 위장에 서발생하는고통을감지할수있고,또한이러 한 시스템은 당뇨병 환자의 상태 추적에도 활용 될 수 있습니다.”라고 말했다.
동경대의 소메야 교수는 이러한 애플리케이션 들은몇년안에플렉서블전자공학이달성할수 있는 업적의 시작일 뿐이라고 말한다.
그는 “중기적으로, 저는 심박수, 호흡 속도, 혈압, 체온,산소농도와같은중요한정보를모니터하 기 위해 이런 종류의 센서를 사용합니다. 하지만, 언젠가는 이러한 기기들을 우리 모두가 사용하 게될날이올지도모릅니다.우리가느끼기도전 에우리의잠재질병을찾아낼수도있습니다.이 기술은 지구상의 헬스케어 산업에 커다란 방식 의 변화를 가져올 것입니다.”라고 설명했다. ◆

저술 미쉘 위트하우스 & 린제이 제임스 (Michele Witthaus and Lindsay James) 맨 위로 이동
저술 미쉘 위트하우스 & 린제이 제임스 (Michele Witthaus and Lindsay James)