“인공후각용 고신뢰성 가스센서 설계 기술 개발”
인공후각 설계에 범용적 활용이 가능한 가스센서 설계 기술 개발
향후 인공후각의 고도화에 기여할 것으로 전망
세계적인 권위의 학술지 ‘Advanced Functional Materials’ 실려

▲왼쪽부터 제 1저자 정성용 박사과정, 공동저자 강윤찬 교수, 교신저자 이종흔 교수 

인공후각은 사람 및 동물의 후각을 모방한 것으로 냄새나 화학물질에 다른 감응 특성을 보이는 가스 센서의 배열과 이들 센서들이 나타내는 감응 패턴의 인식으로 크게 나뉜다. 최근 컴퓨터의 연산속도, 기계학습 능력 등의 급속한 발전으로 인공후각의 계산 및 학습 능력은 충분해졌지만, 무수히 많은 냄새, 향기, 유해 화학물질 등에 대해 다양한 감응 패턴을 나타내는 가스 감응 센서 설계 기술이 부족한 상태이다. 특히, 기존의 산화물 반도체형 가스센서로 구성된 인공후각은 외부 습기의 변화에 따라 측정 결과가 크게 달라져 상용화가 어렵다는 문제가 있었다.
  * 산화물 반도체형 가스센서(Oxide semiconductor gas sensors) :
    산화물 기반의 반도체(SnO2, ZnO, In2O3, Co3O4 등)가 환원성 및 산화성 가스와 반응하여 저항의 변화를 나타내는
    소자. 감도가 우수하고 소형화에 유리하여 센서 배열을 이용해 인공후각을 구현하는 데 효과적임.

공과대학 신소재공학부 이종흔 교수팀은 산화물 반도체형 가스 센서 특유의 감응 패턴을 유지하면서도, 감지 신호의 습도 의존성을 없애는 새로운 인공후각용 센서 설계 기술을 제안했다.

연구진은 산화물 반도체 가스 감응막에 수분 차단을 위한 산화터븀(Tb4O7)층을 코팅해 이중층 구조로 만들면, 가스 감응층 내부로 수분 침투는 억제하고 피검가스만 통과시켜 감도, 선택성, 센서 저항 등 센서 본래의 감응 특성을 변화시키지 않고도 수분에 대한 의존성을 제거할 있다는 사실을 밝혀냈다.

또한, 수분 차단 효과가 있는 산화터븀막 코팅은 다양한 감응물질(산화인듐, 산화아연, 산화주석, 팔라듐첨가 산화주석)의 센서에 적용 가능하므로, 센서 및 인공후각의 안정성과 정확성을 근본적으로 향상시키는 범용적인 방법으로 활용 가능하다.

이종흔 교수는 “제4차 산업혁명에서 인공후각의 발전은 매우 중요한 기술적 과제이고, 인공후각의 고도화를 위해서는 고신뢰성의 감응소재를 설계하는 것이 관건이다. 그 동안 특정 센서의 습도 의존성을 줄이는 연구는 일부 진행된 바 있지만, 가스 센서 전반의 신뢰성을 높이는 일반적인 해법은 본 연구를 통해서 처음으로 제안된 것이며, 추후 공기질 모니터링, 모바일 헬스케어, 식품의 신선도 관리 분야의 다양한 인공후각에 적용되어 인간의 삶을 더 편리하게 할 것이다.”고 말했다.

이번 연구는 제1저자인 정성용 박사과정(고려대 신소재공학과)의 주도하에 진행이 되었으며, 강윤찬 교수(고려대 신소재공학과)가 공저자로 참여했다.
  * 저자 정보: 정성용(제 1저자, 고려대 박사과정), 문영국(공동저자, 고려대 박사과정), 김진구(공동저자, 고려대 박사과정), 박세웅(공동저자, 고려대 박사과정), 조용건(공동저자, 고려대 석사과정), 강윤찬(공동저자, 고려대 신소재공학부 교수), 이종흔(교신저자, 고려대 신소재공학부 교수)

이번 연구 결과는 재료과학 분야 세계적 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈 (Advanced Functional Materials)’ 11월 12일자에 게재됐으며, 삼성전자의 삼성미래기술육성사업 과제(SRFC-TA1803-04)의 지원으로 진행됐다.
  * 논문명: A General Solution to Mitigate Water Poisoning of Oxide Chemiresistors: Bilayer Sensors with Tb4O7 Overlayer

[ 그 림 설 명 ]

▲그림 1. (좌측부터) 기존 인공후각과 산화터븀막이 코팅된 인공후각의 모식도 및 가스 감응 특성

▲그림 2. (상단부터) 차세대 인공후각과 다양한 응용분야의 모식도

커뮤니케이션팀 서민경(smk920@korea.ac.kr)