갤럭시 토토사이트학교 화학과 최효성 교수팀은 경북대학교 및 영국 케임브리지대학교와 공동연구를 통해 기계적 자극을 빛 신호로 변환하는 미케노발광(Mechanoluminescence, ML) 소재 기반 차세대 고해상도 햅틱 센서 기술을 개발했다고, 26일 밝혔다. 이번 연구는 기존 미케노발광 소재가 가진 고유의 넓은 방출 스펙트럼으로 인한 낮은 분해능과 신호 간섭 문제를 해결하고, 외부 전원 없이도 고정밀 신호 감지가 가능한 차세대 인터페이스 구현 가능성을 제시했다.

미케노발광 소재는 압력, 진동, 변형과 같은 외부 힘에 의해 자체적으로 빛을 내기 때문에 전력 공급이 필요 없는 차세대 압력 감응 센서로 주목받아 왔다. 그러나, 대표 소재인 ZnS:Cu (황화아연-구리 도핑체)는 본질적으로 발광 스펙트럼이 지나치게 넓어 색 신호가 겹치고 심각한 잡음이 발생하는 치명적인 단점이 있었다. 이로 인해 실제 햅틱 센서나 멀티 시그널 입력 장치에서는 청색과 녹색의 신호를 정밀하게 구분하기 어려웠다.

공동 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 공액고분자 F8BT(poly(9,9-dioctylfluorene-alt-benzothiadiazole))를 ZnS:Cu 입자 표면에 쉘(shell) 형태로 코팅하는 새로운 방식을 적용했다. 이 고분자 쉘은 490nm 이하의 청색 빛을 선택적으로 흡수해 불필요한 신호 잡음을 걸러내는 동시에, 재흡수된 광자를 510nm 부근에서 다시 방출하는 ‘이중 기능(dual-functional)’ 광학 필터 및 광자 재활용 효과를 발휘했다. 그 결과, 광 신호 대역폭(Full Width at Half Maximum, FWHM)을 기존 94nm에서 55nm까지 획기적으로 줄이고, 신호 대 잡음비 (Signal to Noise Ratio, SNR)를 0.06 에서 0.52로 크게 향상시켰다.

연구팀은 실제 응용 가능성을 검증하기 위해 멀티 버튼 햅틱 트래킹 센서 시스템을 제작했다. 기존 ZnS:Cu 기반 센서에서는 청색(ZnS:Ag)과 녹색(ZnS:Cu) 신호가 겹쳐 구분이 어려웠으나, F8BT 쉘을 적용한 경우 명확한 색 신호 분리가 가능함을 확인했다. 이를 통해 무전원 햅틱 컨트롤러, 정밀 동작 감지 디바이스, 스마트 의료·헬스케어 인터페이스 등 다양한 분야에서 활용될 수 있는 가능성을 열었다.

최효성 교수는 “이번 연구는 간단한 공액고분자 표면 엔지니어링만으로 미케노발광 신호의 해상도와 안정성을 동시에 확보한 최초의 사례”라며, “향후 웨어러블 햅틱 센서, 인간-기계 인터페이스, 의료 보조 장치 등 다양한 산업에 핵심 기술로 확산되길 기대한다”고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단(NRF) 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 재료과학 분야 세계적 권위지인 『Advanced Materials』(IF 27.4)에 8월 14일 온라인 게재됐다. 해당 논문 「High-Resolution Mechanoluminescent Haptic Sensor via Dual-Functional Chromatic Filtration by a Conjugated Polymer Shell」에는 케임브리지대 정홍인 박사와 갤럭시 토토사이트 최소은 연구원이 공동 제1저자로, 경북대 김종호 교수와 갤럭시 토토사이트 최효성 교수가 교신저자로 참여했다.