연구원들은 '스마트 웨어러블'의 편안함과 내구성을 향상시키기 위한 3D 프린팅 기술을 시연했습니다.

심박수나 혈압을 측정할 수 있는 티셔츠를 상상해 보세요. 아니면 달리는 걸음걸이에 대한 피드백을 제공하는 양말 한 켤레를 상상해 보세요.

워싱턴 주립대학교의 새로운 연구에 따르면, 반복적인 세탁과 마모 테스트 후에도 우수한 성능을 유지하는 소위 스마트 패브릭을 위한 특별한 3D 잉크 프린팅 기법이 개발되어 생각보다 훨씬 빨리 실현될 수 있습니다. ACS 오메가(ACS Omega ) 저널에 게재된 이 연구는 스마트 패브릭의 편안함과 내구성에 있어 획기적인 진전을 이루었을 뿐만 아니라, 더욱 친환경적인 공정을 사용했다는 점에서 큰 의미가 있습니다.

WSU의 직물 연구원이자 이 논문의 책임저자인 항 리우는 지금까지 이 분야의 연구 대부분이 직물에 기술적 기능을 내장하는 데 집중되어 있으며, 세탁 등의 정기적인 사용과 관리를 통해 직물이 어떤 느낌, 착용감, 내구성을 가질 수 있는지에 대한 고려가 없다고 말했습니다.

의류, 머천다이징, 디자인 및 섬유학과 부교수인 류는 "사용되는 소재나 기술은 일반적으로 매우 단단하거나 뻣뻣한 직물을 만들어냅니다."라고 말했습니다. "예를 들어, 3D 프린팅 소재로 제작된 티셔츠를 감지 목적으로 입는 경우, 이 셔츠는 몸에 꼭 맞고 유연하면서도 부드러워야 합니다. 뻣뻣하면 착용감이 떨어지고 감지 성능이 저하됩니다."

스마트 웨어러블 기기의 초기 개발 방식은 전도성 실이나 센서와 같은 기능성 부품을 직물에 접착, 직조 또는 재봉하는 방식이었습니다. 인쇄 방식을 활용한 새로운 접근 방식은 가능성을 보여주었지만, 여전히 착용감과 유지 관리 측면에서 어려움을 겪고 있습니다.

류 교수 연구팀은 직접 잉크를 이용한 3D 프린팅 기술을 사용하여 탄소 나노튜브를 함유한 폴리부틸렌 숙시네이트(천연 섬유와 호환되는 생분해성 폴리에스터) 용액을 두 종류의 직물에 인쇄했습니다. 인쇄된 직물은 반복 변형 시 우수한 전기 전도성, 기계적 강도, 게이지 계수, 안정성을 보였으며, 섬유에 침투하고 결합하는 용액의 특성 덕분에 세탁성과 내마모성이 향상되었습니다.

그들은 인쇄된 직물의 인장 강도, 전기 전도도, 모션 센서로서의 기능 및 기타 특성을 시험했습니다. 그 결과, 직물은 20회의 세탁 및 건조 후에도 우수한 성능을 유지했으며, 200회의 마모 시험이나 500회의 인장 반복 시험 후에도 표면에 긁힘이나 균열이 발생하지 않았습니다.

연구팀은 또한 생분해성이고 독성이 없는 용매인 키렌을 처리에 사용했는데, 이는 일반적으로 사용되는 독성 용매보다 환경 친화적입니다.

스마트 패브릭은 새로운 트렌드로 떠오르고 있으며, 스마트 워치 및 기타 유사 기기와 동일한 기능을 수행할 수 있는 의류를 선보일 가능성을 제시합니다. 이 기술은 의료, 응급 구조대, 군대, 운동선수 등 다양한 분야에 적용될 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

이 연구는 류 교수의 제자 중 한 명인 즈후이 자오(Zihui Zhao)의 박사 학위 논문의 일부였으며, 류 교수는 논문의 주저자였습니다. 류 교수는 수년간 스마트 직물의 다양한 요소를 연구해 왔습니다. 그녀는 면의 유연성과 폴리머의 전기 전도성을 모두 갖춘 섬유를 개발했는데, 이는 웨어러블 기술에 활용될 수 있을 것으로 기대되며, 2023년 논문에 자세히 기술되어 있습니다.

3D 프린팅에 관한 최근 연구는 직물이 정보를 감지하고 모니터링하는 능력에 초점을 맞췄습니다. 기능성 스마트 웨어러블을 개발하려면 전원 및 데이터 전송 기술도 필요합니다.

"이것은 전체 스마트 시스템의 일부일 뿐입니다."라고 류 씨는 말했습니다.

이 연구는 일부적으로 미국 국립과학재단의 보조금으로 진행되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/05/250513120042.htm