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3D 프린터로 ‘인공 눈’ 만들어...600만불의 사나이 성큼
3D 프린터로 ‘인공 눈’ 만들어...600만불의 사나이 성큼
  • 이재구 기자
  • 승인 2018.08.29 17:58
  • 댓글 0
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美연구팀, 반구형 유리돔 표면에 은입자로 빛 수용체 완벽 인쇄


28일자 어드밴스트머티리얼즈 게재...포토다이오드 광전효율 25%
마이클 매컬파인 미네소타 교수팀이 실명자의 눈을 보이게 하거나 정상적인 눈을 더 잘 보게 해 줄 반구체 인공눈을 3D프린터로 인쇄했다. 연구진은 광전효율 25%인 포토다이오드 어레이를 반구체 눈에 인쇄하는데 성공했다.(사진=미네소타대)
마이클 매컬파인 미네소타 교수팀이 실명자의 눈을 보이게 하거나 정상적인 눈을 더 잘 보게 해 줄 반구체 인공눈을 3D프린터로 인쇄했다. 연구진은 광전효율 25%인 포토다이오드 어레이를 반구체 눈에 인쇄하는데 성공했다.(사진=미네소타대)

미국 미네소타대 연구팀이 사상최초로 3D프린터를 이용해 반구형 유리돔 표면에 광수용체( photo diode) 어레이를 완벽하게 3D로 인쇄하는데 성공했다. 이는 조만간 시각 장애인들이 사람들을 보거나 시력을 가진 사람들이 더 잘볼 수 있도록 도와줄 ‘생체 공학적 눈(bionic eye)’를 만들기 위한 중요한 단계로 평가받고 있다.

28일 재료과학을 다루는 과학저널 어드밴스트머티리얼스는 이같은 실험 결과를 반영한 논문을 게재했다.

공저자인 마이클 매컬파인 미네소타대 벤자민 메이휴 기계공학 부교수는 “바이오닉 눈은 대개 공상 과학(SF)으로 생각되지만, 이제는 다물질 3D 프린터를 사용해 그 어느 때보다도 현실에 가까이 와 있다”고 말했다.

연구진은 반구형 유리돔을 사용해 곡면에 전자기기를 인쇄하는 데 있어서의 난관을 극복할 수 있다는 것을 보여주었다.

이들은 자신들의 맞춤형 3D 프린터와 은(silver) 입자로 된 잉크를 사용했다. 분배된 잉크는 제 위치에 머물렀고 곡면 표면을 따라 흐르지 않고 균일하게 건조됐다. 연구원들은 이어 반도체성질을 갖는 폴리머재료를 사용해 빛을 전기로 바꿔주는 포토(광)다이오드를 인쇄했다. 전체 과정에는 약 1시간이 걸린다.

매컬파인 부교수는 이 공정의 가장 놀라운 부분은 3D인쇄된 반도체의 광전효율이 25%라는 점이라고 말했다.

매컬파인 미네소타 교수팀이 3D프린터로 인쇄한 반구체 인공눈의 모습(사진=미네소타대)
매컬파인 미네소타 교수팀이 3D프린터로 인쇄한 반구체 인공눈의 모습(사진=미네소타대)
미국 미네소타대가 3D프린터로 만들어낸 인공눈 반구체의 모습(사진=미네소타대)
미국 미네소타대가 3D프린터로 만들어낸 인공눈 반구체의 모습(사진=미네소타대)

그는 “우리는 일상적으로 능동적인 전자기기를 안정적으로 인쇄하기 위해 먼길을 걸어왔다. 하지만 우리의 3D방식으로 인쇄된 반도체는 이제 반도체팹에서 제조된 반도체 장치의 효율성에 필적할 가능성을 보여주기 시작했다. 게다가 우리는 팹에서 할 수 없는 곡면체의 표면에 손쉽게 반도체 기기를 인쇄할 수 있다”고 말했다.

매컬파인과 그의 팀은 3D프린팅, 전자공학 및 생물학을 단일 플랫폼에 통합하는 것으로 유명하다. 이들은 몇 년 전 ‘생체공학적 귀’를 3D프린터로 인쇄해 국제적 주목을 받은바 있다.

이후 이들은 3D프린팅 방식으로 실물과 유사한 외과수술 연습용 인공장기, 생체공학피부로 쓸 수 있는 전자섬유, 손에 직접 부착되는 전자 기기, 척수 손상으로 살아가는 사람들을 도와줄 세포 및 발판 등을 일부 기능을 회복합니다 . 이후로 그들은 외과 수술을위한 3D 인쇄 된 실물과 유사한 인공 장기, "생체 공학적인 피부"역할을하는 전자 패브릭, 손에 직접 부착되는 전자 장치, 척수 손상으로 살아가는 사람들의 일부 기능을 회복시켜주게 하는 세포 및 뼈대를 만들었다.

매컬파인 교수의 생체눈을 만든 시도는 개인적인 동기에서 시작됐다. 그는 “내 엄마는 한눈이 멀었다. 내가 하는 일에 대해 이야기할 때마다 언제 자신의 생체공학눈을 만들어 줄 것인지 묻는다”고 말했다. 그의 다음 연구 단계는 훨씬 더 가벼운 광수용체를 가진 프로토타입(시제품)을 만드는 것이다. 이들은 또한 진짜 눈에 이식할 수 있는 부드러운 반구형 소재로 인쇄하는 방법을 찾고 싶어한다.

매컬파인 교수팀은 미네소타대 기계공학대 대학원생 루이타오 수, 포스트닥 연구원인 박성현, 슈앙주앙구오, 카이얀 큐, 정대하, 판벤멩, 그리고 대학생 정재우 등으로 구성됐다. 저자는 3D로 인쇄된 이 반도체 기기에 대한 특허를 보유하고 있다.

아래 동영상을 통해 이 인공눈을 만드는 과정을 확인할 수 있다.


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