- 기계연, 필름 형태 센서 기술 세계최초 개발

“건물에 필름 한 장 붙였더니” 색깔 변화…‘손상’ 여부 즉각 파악
윤재성 박사가 필름 나노광학 소자 측정결과에 대해 설명하고 있다.[한국기계연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 노후 건축물의 안전성을 색깔 변화만으로 즉각 파악할 수 있는 나노광학 센서 기술이 개발됐다. 고비용과 전문성이 필요한 구조물 진단 및 모니터링 분야에 획기적인 변화가 예상된다.

과학기술정보통신부 산하 한국기계연구원 나노융합연구본부 나노리소그래피연구센터 윤재성 박사(과학기술연합대학원대학교(UST) 겸임교수) 연구팀은 공작새 깃털, 모포나비 등의 발색 원리인 ‘구조색 현상’에 착안해 나노패턴이 형성된 필름형태의 변형센서를 개발했다. 필름을 건물 등에 부착하면 변형여부 및 변형량에 따라 색상이 자연스럽게 바뀌어 노후화 및 손상 등 안전성 파악이 손쉽게 가능하다.

개발한 필름 나노광학 센서는 기계적 변형을 나노패턴에 의한 광학적 발색으로 표현했다. 변형량을 시각정보로 표현해 색소나 염료, 별도 전원이 필요 없는 형태다. 스마트폰을 이용해 색상을 수치화하면 정밀 계측이 가능해 기존 구조물 측정 및 모니터링 과정을 패치 부착으로 단순화했다.

국내외 나노구조색 연구분야의 오래된 기술적 난제는 관찰각도에 따라 색상이 변한다는 점이었다. 연구팀은 이를 보정하여 관찰각도에 영향받지 않는 기술을 세계 최초로 개발했다. 색상이 일정하게 유지되는 나노패턴을 최초 개발함으로써 각도로 인한 영향을 보정하는 기준값으로 활용하도록 했다. 이를 이용하면 관찰 각도를 모르는 상태에서도 변형량의 정밀 측정이 가능하다.

“건물에 필름 한 장 붙였더니” 색깔 변화…‘손상’ 여부 즉각 파악
이번 연구결과가 게재된 국제학술지 ‘어플라이드 나노 머티리얼즈’ 표지.[한국기계연구원 제공]

연구팀은 색상변화 이미지를 인공지능으로 학습해 위험 여부를 판별하는 모니터링 솔루션을 확보했다. 스마트폰의 앱을 통하거나 드론, 로봇, CCTV 등 측정 방법을 다양화하면 기존에 측정이 어려웠던 건축물, 구조물의 손상 및 위험성도 판별할 수 있다. 원천기술을 이용해 색상의 발현 자체를 제어하는 필름도 개발했다. 투명 필름에서 특정 조건에서만 모양이 나타나는 필름으로 제작할 수 있어 위조방지 및 보안용 필름으로 적용 가능하다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘어플라이드 나노 머티리얼즈’에 게재됐으며, 영국 왕립학회가 발간하는 ‘나노스케일 어드밴시스’에도 게재될 예정이다.

윤재성 박사는 “필름 나노광학 센서 기술을 활용하면 건축물과 시설물의 노후화 진단이 획기적으로 간편해진다”며 “정확도 높은 모니터링 솔루션을 낮은 비용으로 제공함으로써 사회 안정성 증대에 기여하겠다”고 밝혔다.