어둠 속에서도 사물을 인식하는 ‘전자 눈’ 기술이 한층 더 진화했다. 자율주행차 라이다(LiDAR), 스마트폰 3D 안면 인식, 헬스케어 웨어러블 기기 등에서 사람의 눈을 대신해 작동하는 적외선 센서가 핵심 부품으로 꼽히는 가운데, KAIST와 공동 연구진이 원하는 형태와 크기로 초소형 적외선 센서를 제조할 수 있는 상온 3차원(3D) 프린팅 기술을 세계 최초로 개발했다.
KAIST는 기계공학과 김지태 교수 연구팀이 고려대학교 오승주 교수, 홍콩대학교 티안슈 자오 교수와 공동으로 상온에서 10마이크로미터(µm) 이하 크기의 초소형 적외선 센서를 제조할 수 있는 3D 프린팅 공정을 개발했다고 3일 밝혔다.
적외선 센서는 보이지 않는 적외선을 전기 신호로 변환하는 핵심 부품으로, 로봇 비전 등 미래 전자기술 구현에 필수적이다. 산업 수요가 빠르게 확대되는 가운데, 센서의 소형화·저전력화·형상 다양화 요구가 커지고 있다. 그러나 기존 반도체 기반 제조 방식은 대량 생산에는 적합하지만 고온 공정이 필요해 소재 제약이 있고, 빠른 기술 변화에 유연하게 대응하기 어렵다는 한계가 있었다.
연구팀은 금속·반도체·절연체 소재를 각각 나노결정 액상 잉크 형태로 제작하고, 이를 단일 프린팅 플랫폼에서 층층이 적층하는 고정밀 3D 프린팅 방식으로 문제를 해결했다. 여기에 나노입자 표면의 절연성 분자를 전도성 분자로 바꾸는 ‘리간드 교환(Ligand Exchange)’ 기법을 공정에 적용해 고온 열처리 없이도 고품질 전기적 특성을 확보했다. 그 결과, 머리카락 굵기의 1/10 수준(10 µm 이하) 초소형 적외선 센서 구현에 성공했다.
이번 기술은 고온 공정에서 벗어나 소형·맞춤형 적외선 센서를 자유롭게 제작할 수 있게 해 에너지 소비 절감, 생산 단가 인하, 혁신적인 디바이스 설계 가능성을 동시에 확보했다. 자율주행·로봇용 비전 시스템, 웨어러블 헬스케어, 초박형·웨어러블 기기, 스마트팩토리 센서 등 다양한 분야 적용이 기대된다.
김지태 교수는 “이번 기술은 적외선 센서의 소형화와 경량화는 물론, 혁신적인 폼팩터 개발을 가능하게 한다”며 “친환경·저전력 제조 공정으로 적외선 센서 산업의 지속 가능한 발전에도 기여할 것”이라고 말했다.
이번 연구 결과는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션스 2026년 10월 16일 온라인판에 게재됐다. 연구는 과학기술정보통신부 우수신진연구, 국가전략기술 소재개발사업, 원천기술국제협력개발사업 지원으로 수행됐다.
헬로티 이창현 기자 |
