전투원 개개인의 신체능력에 최적화된 맞춤형 전투복이 현실화 될 전망이다.
KAIST 신소재공학과 스티브 박 교수팀은 섬유 위에 전자회로를 그려 넣는 혁신기술로 유연하고 착용가능한 전자섬유(E-textile) 플랫폼을 개발했다.
연구팀이 개발한 전자섬유 플랫폼은 3D 프린팅과 신소재공학적 설계를 결합해 유연하면서도 내구성이 뛰어난 센서와 전극을 섬유에 직접 인쇄하는 게 특징이다.
이를 통해 각 전투원의 정밀한 움직임과 인체 데이터를 수집, 맞춤형 훈련모델을 제시할 수 있다.
기존 전자섬유는 제작방식이 복잡하고 개인별 맞춤형 제작에 한계가 있었다.
이에 연구팀은 '직접 잉크쓰기(DIW)' 3D 프린팅 적층기술을 도입했다.
이 기술은 센서와 전극의 기능을 하는 특수잉크를 섬유 기판 위에 원하는 패턴으로 직접 분사해 인쇄하는 방식이다.
이를 통해 복잡한 마스크 제작과정 없이 다양한 디자인을 유연하게 구현할 수 있다.
연구팀은 유연성을 가진 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS) 고분자와 전도성을 부여하는 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)를 조합, 최대 102% 늘어나면서도 1만 번 반복 테스트에도 안정적 성능을 유지하는 인장-굽힘센서 잉크를 개발했다.
이는 전투원의 격렬한 움직임에서 정확한 데이터를 꾸준히 얻을 수 있음을 의미한다.
또 섬유 위아래 층을 전기적으로 연결하는 `상호연결 전극' 신소재 기술을 적용했다.
연구팀은 은 플레이크와 단단한 폴리스티렌 고분자를 조합한 전극잉크를 개발, 섬유 속으로 잉크가 스며드는 정도를 정밀 제어해 섬유 양면 또는 다층구조를 효과적으로 연결하는 기술을 확보했다.
이를 통해 센서와 전극이 집적된 다층 구조 웨어러블 전자시스템 제작이 가능하다.
아울러 연구팀은 실제 인체 움직임 모니터링 실험으로 개발한 플랫폼 성능을 입증했다.
연구팀이 개발한 전자섬유를 옷 주요 관절부위에 프린팅해 달리기, 팔벌려 높이뛰기, 팔굽혀펴기 등 다양한 운동 움직임과 자세변화를 실시간 측정했다.
또 스마트 마스크를 활용해 호흡 패턴을 모니터링하거나, 장갑에 여러 센서 및 전극을 프린팅해 기계학습을 통한 물체인식 및 복합적 촉감정보를 인지하는 응용가능성도 시연했다.
이 결과 개발된 전자섬유 플랫폼이 전투원의 움직임 역학을 정밀하게 파악하는 데 효과적임을 입증했다.
이번 연구는 최첨단 신소재기술이 국방 첨단화에 기여할 수 있음을 보여주는 중요 사례로, 이번 연구에 참여한 KAIST 신소재공학과 박규순 박사과정(육군 소령)은 군사적 활용이나 실 보급을 위한 경제성 요구 목표들을 연구설계부터 고려했다.
박 소령은 “이번 연구는 병과, 직책, 전투유형에 따른 맞춤식 훈련을 제공할 수 있는 원천기술로, 장병의 전투력을 향상하고 생존성을 보장하는데 기여할 것”이라고 말했다.
한편, 이번 연구는 박 소령이 제1저자로 참여했고, 연구결과는 지난달 27일 국제학술지 `npj Flexible Electronics’에 게재됐다.
(논문명 : Fabrication of Multifunctional Wearable Interconnect E-textile Platform Using Direct Ink Writing (DIW) 3D Printing ※DOI: https://doi.org/10.1038/s41528-025-00414-7)
