사람 체온과 태양광 모두에서 전기 생성하는 웨어러블 스마트 원단 개발

[아이티데일리] 캐나다 공립 워털루 대학교 연구팀이 사람의 체온으로 전기를 생성해 웨어러블 기술을 개혁할 수 있는 새로운 스마트 원단을 개발했다고 엔지니어 커뮤니티인 원더풀엔지니어링이 홈페이지를 통해 전했다.

개발된 원단은 체온을 전기로 변환함은 물론 태양광 발전까지 가능하도록 설계돼 별도의 배터리가 필요 없다. 최종적으로 개발된 섬유 원단은 환경 감지 및 건강 모니터링을 포함한 다양한 응용 분야에 전력을 공급하고, 이상 상황을 신속히 개선할 수 있는 신축성 있고 편안한 소재다.

워털루 대학교 리유닝 화학공학과 교수팀은 최첨단 섬유 생산 기술을 맥신(MXene) 및 전도성 폴리머와 같은 최첨단 소재와 통합하는 데 성공했다. 맥신은 전이금속인 티타늄에 탄소나 질소가 결할해 형성되는 2차원 나노소재다.

전도성 폴리머와 맥신은 높은 전기 전도성과 쉽게 굽혀지는 유연성으로 인해 스마트 원단 응용 분야에 사용하기에 적합한 것으로 평가되고 있다. 연구팀은 나일론 원단에 끈적끈적한 폴리도파민(PDA) 층을 추가한 후 수소 결합을 통해 맥신 입자를 끌어들이는 표면층을 만들었다. 이를 통해 신축성 있는 전도성 원단이 만들어졌다.

스마트 원단을 마스크에 활용하면, 이 원단은 신체와 대기의 온도 차이를 이용해 체온을 전기로 변환해 정확한 호흡 상태를 모니터링할 수 있도록 한다.

스마트 원단은 센서와 결합해 심박수, 체온, 심지어 호흡에서 배출되는 화학 물질 감지까지 다양하게 적용할 수 있다. 이에 따라 원단 착용자의 건강 측정이나 식품 및 의약품 보관, 환경 모니터링에서 지속적인 수집 및 관측에도 적합한 것으로 밝혀졌다.

리 교수는 "스마트 원단 개발과 함께 원단을 활용한 응용 프로그램을 확장할 수 있는 단계에 도달했다“라며 이 기술의 확장 가능성을 지적했다. 연구팀은 개발된 새로운 스마트 원단이 현재 사용 가능한 섬유에 비해 더 안정적이고 내구성이 뛰어나며 비용 효율적이라고 강조했다. 미래의 웨어러블 기술을 위한 좋은 선택지가 될 것이라는 기대다.

연구팀은 스마트 원단 성능을 더욱 개선하고 전자 구성 요소와 결합하여 건강 매개변수를 관찰하고, 이를 통해 의료 서비스 제공자에게 직접 정보를 전송하는 도구도 개발한다는 계획이다. 특히 비침습적 건강 진단을 위한 스마트폰용 애플리케이션을 만든다는 구상이다. 우선은 안드로이드 운영체제의 스마트폰이 대상이다.