부활초 모방 생체 비대칭 필름 기반 호흡·땀 모니터링

인체 활동 상태를 평가하기 위해서는 호흡 및 땀 상태를 실시간으로 동시에 모니터링하는 것이 매우 중요합니다. 본 연구는 부활초(Selaginella lepidophylla)에서 영감을 받아 생체모방 비대칭 셀룰로스 나노섬유/그래핀 산화물(CNF/GO) 필름 기반의 자가 발전 다중 모드 센서를 개발했습니다. 재료 수준에서는 경사 건조 및 일방향 각인 방식을 통해 비대칭 필름을 제작했으며, 습도 자극 하에 최대 55°의 굽힘 각도를 달성했습니다. 소자 수준에서는 PTFE와 통합된 TENG 센서가 최대 2.564V의 출력 전압을 기록했습니다. 이 센서는 공기 흐름 및 수증기에 대해 뚜렷한 시간적 특성과 간섭 방지 능력을 보였으며, 500회 반복 부하 후에도 안정적인 성능을 유지했습니다. 응용 수준에서 센서는 다양한 호흡 패턴과 신체 부위별 땀 변화를 효과적으로 구별했으며, 휴식, 유산소 및 무산소 조건에서의 생리 신호 모니터링을 가능하게 했습니다. 전문 운동선수를 대상으로 400m 달리기, 테니스, 배구, 농구 등 4가지 스포츠에 대한 웨어러블 실험을 수행했습니다. 센서는 운동 전후의 호흡 및 땀 신호 변화를 정확하게 포착했습니다. 관찰된 신호 차이는 스마트워치의 에너지 소비량 등급과 잘 일치하여, 다양한 운동 강도에 따른 생리적 반응 변화를 효과적으로 구별할 수 있음을 입증했습니다.