예상치 못한 발견을 바탕으로 스탠포드 대학 연구팀은 최근 외부 자극에 따라 색상과 표면 질감을 바꾸고 필요할 때 원래 상태로 복원할 수 있는 새로운 나노광자 폴리머 '메타표면' 물질을 개발했습니다. 생체 공학적 '인공 피부', 환경 인식 로봇, 고급 위장과 같은 최첨단 응용 분야에 유망한 것으로 간주됩니다.
연구진은 반도체 제조에 흔히 사용되는 기술인 전자빔 리소그래피를 사용하여 나노 구조의 메타표면을 생성하기 위해 이전에 태양광 패널과 인쇄 가능한 전자 장치에 사용된 폴리머를 사용했습니다. 연구팀은 주사전자현미경으로 이러한 나노구조를 관찰하면서 재료의 핵심 특성을 뜻밖에 발견했다. 물과 접촉하면 부풀어 오르고 그에 따라 표면 미세구조가 변해 재료가 다양한 색상과 질감을 나타낼 수 있다는 점이다. 특정 용제(예: 알코올 기반 용제)와 접촉한 후에는 재료가 원래 상태로 돌아갈 수 있습니다.
새로 발표된 논문에 따르면, 이 메타표면은 수요에 따라 색상과 표면 질감을 동시에 변경할 수 있는 최초의 고분자 물질이며, 그 거동은 문어와 같은 두족류의 피부와 매우 유사합니다. 이들 유기체는 위장 및 통신과 같은 복잡한 기능을 위해 피부의 미세 구조를 조정하여 신체 표면의 색상과 거칠기를 변경할 수 있으며, 이 새로운 소재는 인공 시스템에서 유사한 "조정 가능한 피부" 기능을 보여줍니다.
스탠포드 재료 과학 및 공학 전공 박사 과정 학생이자 논문의 첫 번째 저자인 Siddharth Doshi는 팀이 전자빔을 사용하여 액체의 흡수 특성과 빛을 산란시키는 방식을 조정하기 위해 매우 미세한 규모로 재료 표면의 형태를 정밀하게 제어할 수 있다는 것을 깨달았다고 말했습니다. 이를 바탕으로 연구진은 재료가 수분과 접촉한 후 빛을 선택적으로 산란시켜 고광택 또는 무광택 효과를 낼 수 있도록 다양한 미세한 질감을 설계하여 현재의 스마트폰 및 컴퓨터 디스플레이보다 더 사실적인 시각 효과를 제공했습니다.
뛰어난 광학 및 촉각 외관 제어 기능에도 불구하고 이 소재는 단기적으로 기존 디지털 디스플레이 기술을 대체할 수 없습니다. 연구팀은 현재 환경을 '느끼고' 적극적으로 외모를 바꿀 수 있는 껍질을 갖춘 유연한 로봇을 제공하거나 의료 및 인간-컴퓨터 상호 작용을 위한 보다 현실적이고 피드백이 가능한 '전자 스킨'을 개발하는 등 로봇 공학, 웨어러블 장치, 생명 공학 및 위장 시스템의 방향에 더 많은 관심을 기울이고 있습니다.
다음 단계에서 연구원들은 이 폴리머 '피부'에 자동 조정 메커니즘을 장착하기 위해 신경망과 같은 인공 지능 방법을 도입할 계획입니다. 구상된 시스템은 재료 표면의 광학 특성을 주변 환경과 실시간으로 비교하고 수동 개입 없이 색상과 질감을 자동으로 조정하여 진정한 지능형 위장 또는 적응형 외관 제어를 달성할 수 있습니다.