“식물 잎부터 로봇 표면까지”…기계연, 물 위에 띄운 나노회로 전사 기술 개발

▲(왼쪽부터) KAIST 기계공학과 박인규 교수, KAIST 기계공학과 박사과정 강병호, 한국기계연구원 정준호 책임연구원, 고려대학교 세종캠퍼스 안준성 교수. (사진=한국기계연구원)

물 위에 떠 있는 초미세 금속 회로를 식물 잎과 과일, 자동차 곡면, 로봇 표면 등에 손상 없이 옮겨 부착할 수 있는 새로운 나노전사 인쇄 기술이 개발됐다. 접착제나 고온·고압 공정 없이도 다양한 3차원 표면에 정밀 나노회로를 구현할 수 있어 스마트 농업, 웨어러블 헬스케어, 생체전자공학 등 차세대 융합산업 분야 활용이 기대된다.

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한국기계연구원(원장 류석현, 이하 기계연) 나노융합연구본부 나노리소그래피연구센터 정준호 책임연구원은 KAIST 기계공학과 박인규 석좌교수 연구팀, 고려대학교 안준성 교수 연구팀과 공동으로 물 위에 띄운 정밀 금속 박막을 다양한 3차원 표면에 그대로 옮기는 '수면 부유 나노전사 인쇄(WF-nTP, 물 위에 띄운 나노 구조물을 원하는 표면에 옮겨 부착하는 기술)' 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

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기계연 공동 연구팀은 고분자 기판 위에 형성된 초박막 금속 구조물을 물 위에 안정적으로 부유시키고, 원하는 물체를 담갔다가 들어 올리는 간단한 공정을 통해 나노 패턴을 다양한 표면에 전사하는 기술을 구현했다. 특히 물이 증발하는 과정에서 발생하는 모세관력과 분자 간 인력을 활용해 별도의 접착제 없이도 금속 회로를 안정적으로 부착할 수 있음을 확인했다.

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기존 나노전사 인쇄 기술은 높은 열과 압력, 접착제 또는 화학용매가 필요해 생체조직이나 복잡한 곡면 적용에 한계가 있었다. 반면 이번 기술은 물 기반 공정을 활용해 민감한 표면에도 손상 없이 적용할 수 있으며, 연잎과 같은 소수성 표면에서도 안정적인 전사가 가능하다는 점에서 차별성을 가진다.

▲금속 박막 나노구조 수중 부유 기술 및 전사 공정 모식도

기계연 공동 연구팀은 개발한 기술을 활용해 식물 잎과 과일 표면에 부착 가능한 표면증강 라만 산란(SERS) 센서를 제작하고 농약 성분 검출에 성공했다. 또한 신축성 섬유 위에 금속 나노구조를 전사해 착용형 수소 가스 센서를 구현하는 등 다양한 응용 가능성을 확인했다

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기계연 정준호 박사는 “이번 기술은 기존 나노전사 인쇄 기술이 갖는 기판 제약을 극복하고 다양한 곡면과 생체 표면에 기능성 전자소자를 구현할 수 있는 플랫폼 기술”이라며 “향후 스마트 농업과 웨어러블 센서, 생체전자소자, 차세대 로봇 전자피부 등 다양한 분야로 확대 적용될 것으로 기대한다”고 말했다.

 

이번 연구 결과는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 2026년 3월 30일 온라인판으로 게재됐다.

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(※논문명: Wireless, Battery-Free, Optoelectronic, Multi-Modal Sensor Integrated With Colorimetric Dressing for Diabetic Ulcer Management, DOI: 10.1002/adfm.202532167)

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최지호 기자 jhochoi51@irobotnews.com

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