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| ‘젤라틴 전자피부’ 개발(‘Gelatin-based electronic skin‘ developed) | |||
| 작성자 | 대외홍보센터 | 작성일 | 2025-11-28 |
| 조회수 | 136 | ||
| ‘젤라틴 전자피부’ 개발(‘Gelatin-based electronic skin‘ developed) | |||||
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대외홍보센터 |  |
2025-11-28 |  |
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국립부경대, 늘이고 줄일 수 있는 ‘젤라틴 전자피부’ 개발
- 김용현·박명기 교수 연구팀 … AI 웨어러블 플랫폼 가능성 제시
△ 김용현(왼쪽)·박명기 교수.
피부처럼 부드럽고 잘 늘어나면서, 늘였다가 줄여도 전기 신호가 거의 흐트러지지 않는 젤라틴 기반 하이드로겔 센서가 개발됐다.
국립부경대학교(총장 배상훈) 디스플레이반도체공학전공 김용현 교수, 화학과 박명기 교수 연구팀이 개발한 이 소재는 사람의 미세한 움직임부터 큰 관절 운동까지 안정적으로 감지할 수 있다.
이 소재는 피부에 부착해 신호를 수집하고, 이를 인공지능(AI)이 학습하면 사람의 동작을 높은 정확도로 구분할 수 있어 차세대 웨어러블 전자피부(e-skin) 플랫폼으로 주목받는다.
연구팀은 돼지 피부 콜라겐에서 유래한 젤라틴에 글리세롤과 폴리에틸렌글리콜을 더해 피부처럼 말랑하고 탄력 있는 기본 구조를 만들었다.
여기에 은 나노와이어(AgNWs)와 전도성 고분자(PEDOT:PSS)를 결합한 하이브리드 전도 네트워크를 입혀, 높은 전기 전도성과 내구성까지 확보했다. 글루타르알데하이드 가교(crosslinking) 공정으로 분자 결합을 촘촘히 묶어 장시간 사용에도 형태와 성능이 유지되도록 설계했다.
이렇게 개발한 하이드로겔 센서의 가장 큰 특징은 전기적 히스테리시스(신호 뒤틀림)가 극도로 낮은 것이다. 일반적으로 센서는 늘였다가 다시 줄일 때 신호가 어긋나 측정값이 흔들리는 문제가 있는데, 이 소재는 200%까지 늘려도 신호 왜곡이 3.5% 이하로 매우 낮아 같은 움직임이면 항상 같은 신호를 안정적으로 제공한다. 1,000회 이상의 반복적인 변형에도 성능이 유지되는 내구성을 보였다.
특히 이 하이드로겔 센서는 실제 피부에 붙여 손가락 굽힘, 팔·무릎 관절 운동, 걷기·점프 같은 큰 동작은 물론, 맥박, 호흡, 표정 변화 같은 미세 생체신호까지 정밀하게 인식했다. 연구팀은 센서를 무선(wireless) 시스템에 연결해 데이터를 실시간으로 전송하고, 이를 AI가 분석하도록 해 13가지 동작을 약 97.7% 정확도로 분류하는 데 성공했다.
이 연구 결과를 담은 논문 ‘Exceptionally low electrical hysteresis, soft, skin-mimicking gelatin-based conductive hydrogels for machine learning-assisted wireless wearable sensors’는 화학공학 분야 세계적 학술지 <Chemical Engineering Journal>(IF=13.2)에 최근 게재됐다.
연구팀은 이번 연구에서 기존 하이드로겔의 약점이었던 신호 불안정 문제를 근본적으로 줄이는 데 성공하면서, 이 소재가 AI를 기반으로 인간과 기계 인터페이스(HMI), 디지털 헬스케어에 적용할 수 있는 ‘지능형 전자피부’로 확장될 수 있을 것으로 전망한다.
김용현 교수는 “젤라틴 하이드로겔은 피부처럼 부드럽지만, 센서로 사용기엔 신호가 흔들리는 것이 큰 한계였는데, 이번 연구로 부드러움과 신뢰성, AI 활용성을 한 번에 잡았다”라며, “이 소재가 정밀 생체신호 모니터링과, 재활·스마트 운동 코칭, 차세대 웨어러블 기기, 로봇 전자피부 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대한다”라고 밝혔다. <부경투데이>
△ 젤라틴 하이드로겔 웨어러블 센서 이미지
Pukyong National University Develops Stretchable and Contractible Gelatin-Based Electronic Skin
- Research teams led by Professors Kim Yong-hyun and Park Myung-ki … propose potential for AI wearable platforms
A gelatin-based hydrogel sensor that is soft like human skin and highly stretchable―with minimal disruption to electrical signals even after repeated stretching and relaxation―has been successfully developed.
A research team led by Professor Kim Yong-hyun (Department of Display and Semiconductor Engineering) and Professor Park Myung-ki (Department of Chemistry) at Pukyong National University (President Bae Sang-hoon) developed this material, which can reliably detect both subtle human movements and larger joint motions.
When attached to the skin, the material collects signals that, once analyzed through artificial intelligence (AI), can accurately distinguish different human motions. This positions it as a promising next-generation wearable electronic skin (e-skin) platform.
The research team created a soft and elastic base structure resembling human skin by combining gelatin―derived from porcine skin collagen―with glycerol and polyethylene glycol.
They then applied a hybrid conductive network composed of silver nanowires (AgNWs) and a conductive polymer (PEDOT:PSS) to achieve high electrical conductivity and durability. To ensure long-term stability in both form and performance, a glutaraldehyde crosslinking process was used to tightly bind the molecular structure.
The most notable feature of the resulting hydrogel sensor is its extremely low electrical hysteresis (signal distortion). Typically, when a sensor is stretched and released, the electrical signal can become misaligned, causing inconsistent measurements. However, this material maintains signal distortion under 3.5% even when stretched up to 200%, enabling it to consistently deliver stable signals for the same movement. It also demonstrated excellent durability, retaining performance after more than 1,000 cycles of repeated deformation.
Notably, this hydrogel sensor was able to precisely detect not only large body movements―such as finger bending, arm and knee joint motion, walking, and jumping―but also fine physiological signals like pulse, respiration, and facial expression changes when attached to human skin.
The research team connected the sensor to a wireless system to transmit data in real time, which was then analyzed using artificial intelligence (AI). As a result, they successfully classified 13 different types of movements with approximately 97.7% accuracy.
The research findings were published in the world-renowned journal in the field of chemical engineering, <Chemical Engineering Journal> (IF= 13.2), under the title:
“Exceptionally low electrical hysteresis, soft, skin-mimicking gelatin-based conductive hydrogels for machine learning-assisted wireless wearable sensors.”
The research team successfully addressed the fundamental issue of signal instability, which had been a major limitation of conventional hydrogels, and anticipates that this material could be developed into an “intelligent electronic skin” for applications in AI-based human-machine interfaces (HMI) and digital healthcare.
Professor Kim Yong-hyun stated, “Gelatin-based hydrogels are soft like skin, but their instability as sensors has been a significant drawback. Through this study, we have managed to combine softness, reliability, and AI applicability in a single material.“ He added, “We expect this material to be used in diverse fields such as precise biosignal monitoring, rehabilitation and smart fitness coaching, next-generation wearable devices, and robotic e-skin systems.” <Pukyong Today>