지난 2022년 카타르월드컵 한국 vs 포르투갈 조별리그 3차전에서 골을 넣은 황희찬?




이 장면 기억나시나요?

'황소' 황희찬이 지난 2022년 카타르월드컵, 한국과 포르투갈의 조별리그 3차전에서 골을 떠뜨린 뒤 유니폼을 벗고 기쁨의 세리머니를 펼치는 모습입니다.

당시 1대 1로 팽팽하던 후반 추가 시간 나온 이 극적인 역전골로 한국은 12년 만에 월드컵 16강에 진출할 수 있었습니다. 이 장면은 이후 FIFA가 알라딘게임 뽑은 '카타르월드컵 기억해야 할 7장면' 중 하나로 선정됐습니다.

그런데 이 사진에서 '짜릿했던 골'만큼이나 주목을 받았던 게 하나 더 있습니다. 바로 황희찬이 유니폼 안에 입고 있던 '검정색 속옷'이었습니다.

네티즌들은 "황의찬이 도대체 뭘 입은 거냐"며 궁금해 바다이야기고래출현 했고, "(당시 얼굴 부상이었던) 손흥민의 마스크를 입고 있는 것 아니냐"는 반응까지 나왔었는데요.

황희찬이 입은 '검정색 속옷'은 '전자 성능 추적 시스템'(EPTS·Electronic Performance & Tracking System)이라고 불리는 의류형 웨어러블 기기로 위치 추적과 회전 운동 측정, 심박 골드몽 체크 센서 등이 탑재돼 있었습니다. 선수들의 활동량과 최고 속도, 히트맵 등을 확인해 훈련과 전술에 사용하기 위한 첨단 기기였던 것이죠.

이런 웨어러블 헬스케어 기기 시장은 실제로 급성장하는 분야 중 하나입니다. 피부에 직접 붙여 심전도, 혈당, 체온 등을 24시간 측정하는 패치형 센서에 대한 수요도 따라 증가 릴게임꽁머니 하고 있습니다.

이런 센서에는 빠른 충전 등이 가능한 '슈퍼커패시터'가 이상적입니다.

슈퍼커패시터(supercapacitor)는 화학 반응으로 에너지를 저장하는 배터리와 달리 전극 표면에 전하를 물리적으로 저장하는 에너지 저장 장치를 의미합니다.
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배터리보다 수백 배 빠르게 충전되며, 몸의 미세한 움직임에서 발생하는 전기도 즉시 저장할 수 있기 때문입니다. 하지만 문제는 '소재'입니다.

기존 슈퍼커패시터는 금속 기반의 소재로 만들어져 딱딱합니다. 고분자를 이용해 유연한 슈퍼커패시터를 제작하는 연구가 활발히 진행되고 있지만, 변형되면 성능이 급격히 떨어지는 문제가 있습니다.

피부에 부착해야 하는 센서는 신체 움직임에 따라 변형될 수 있어야 하며, 더 나아가 로봇 피부나 스마트 의류 같은 차세대 응용 분야에서는 훨씬 큰 변형에도 견딜 수 있어야 하기 때문입니다. 높은 저장 용량과 우수한 신축성을 동시에 달성하는 건 세계적인 기술 난제였습니다.








4배 더 늘어나는 고신축성?슈퍼커패시터




이 문제를 해결하기 위해 서울시립대학교 윤진환 교수 연구팀이 나섰습니다.

연구팀은 망간 산화물, 탄소나노튜브, 전도성 고분자를 말랑말랑한 실리콘 고무 안에 섞어 유연한 전극을 만드는 데 성공했습니다.

여기에 인산 처리를 해 망간 산화물을 머리카락 굵기의 약 1만 분의 1에 해당하는 가느다란 바늘 모양으로 변하게 했습니다. 실리콘 고무가 늘어날 때 바늘 모양 구조들이 서로 연결되면서 전기가 흐르는 통로를 계속 유지할 수 있도록 한 겁니다.

또 양전하와 음전하를 동시에 가진 특수 분자를 이용해 젤을 만들고, 여기에 자외선을 쬐어 전극과 젤 사이의 화학결합으로 접착제처럼 단단히 붙도록 했습니다. 무려 1만 번 늘렸다 줄이는 반복 변형에도 분리되지 않는 걸 확인했습니다.
이렇게 개발된 고신축성 슈퍼커패시터는 원래 길이의 4배까지 늘어난 상태에서도 저장 용량이 95% 이상을 유지했습니다. 기존 기술을 크게 뛰어넘는 세계 최고 수준의 성능입니다.

실제로 팔에 부착한 상태에서 팔을 구부리는 동작에서도 정상적으로 작동했고, 스마트폰을 이용한 무선 충전도 가능했습니다.















연구팀은 이 기술이 로봇에 부착되어 촉각을 감지하는 로봇 피부와 뇌졸중 환자의 재활 치료를 돕는 웨어러블 근육 자극 기기 등 고도의 신축성이 필요한 미래 기술의 핵심이 될 걸로 기대하고 있습니다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 선도연구센터사업과 한-체코 국제공동연구사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 에너지 재료 분야 최상위 국제학술지 ‘에너지 스토리지 머티리얼즈(Energy Storage Materials)'에 1월 7일 온라인 게재됐습니다.


(사진=서울시립대학교)
조형준 취재 기자