방창현 교수 연구실(SP3 Lab)은 슈퍼지능형 고분자 3D 아키텍처를 기반으로 한 생체모사 소프트 일렉트로닉스, 로봇, 바이오메디컬 디바이스 분야에서 세계적인 선도 연구를 수행하고 있습니다. 본 연구실은 자연계의 구조와 기능에서 영감을 받아, 고분자 재료와 첨단 나노/마이크로 공정 기술을 융합하여 기존의 한계를 뛰어넘는 혁신적인 전자소자 및 시스템을 개발하고 있습니다.
대표적인 연구 분야로는 문어 빨판, 개구리 발바닥 등 생명체의 접착 메커니즘을 모사한 계층적 3D 고분자 구조체 개발, 비정형 리소그래피, 2D/3D/4D 프린팅, 나노구조 조립, 분자 수준의 화학 처리 등 다양한 첨단 공정 기술을 활용한 슈퍼지능형 고분자 3D 아키텍처 설계가 있습니다. 이를 통해 피부 부착형 패치, 웨어러블 센서, 전자피부, 바이오신호 측정 소자, 약물전달 시스템, 에너지 하베스팅 소자, 소프트 로봇 및 햅틱 인터페이스 등 다양한 응용 분야에 적용할 수 있는 차세대 소자를 개발하고 있습니다.
특히, 본 연구실의 생체모사 기반 소프트 일렉트로닉스 및 바이오일렉트로닉스 기술은 비침습적이고 통증이 없는 약물전달, 피부질환 관리, 스마트 헬스케어, 맞춤형 치료, 미용 및 재생의료 등 다양한 바이오메디컬 분야에서 혁신적인 솔루션을 제공합니다. 문어 빨판 구조를 모사한 나노섬유 기반 접착 전자소자, 미세바늘(마이크로니들) 패치, 음압 유도형 약물전달 시스템 등은 실제 임상 및 헬스케어 현장에 적용할 수 있는 수준의 소자로 발전하고 있습니다.
또한, 소프트 로봇 및 햅틱 인터페이스 분야에서는 신축성 진동 햅틱 패치, 인공 손가락, 다기능 센서 등 미래 인터페이스 기술의 핵심을 이루는 소자를 개발하고 있습니다. 이러한 소자는 메타버스, 가상현실, 원격 조작, 의료 재활, 산업용 로봇 등 다양한 분야에 적용될 수 있으며, 인간-기계 상호작용의 새로운 패러다임을 제시합니다.
방창현 교수 연구실은 앞으로도 슈퍼지능형 고분자 3D 아키텍처와 생체모사 기반 융합기술을 바탕으로, 미래 스마트 헬스케어, 차세대 로봇, 가상현실/증강현실, 맞춤형 의료기기 등 다양한 산업 분야에서 혁신적인 연구성과를 창출하고, 인간의 삶의 질 향상과 지속가능한 사회 구현에 기여할 것입니다.
슈퍼지능형 고분자 3D 아키텍처는 자연과 생명체의 구조에서 영감을 받아, 고분자 재료를 활용해 다양한 기능을 구현하는 첨단 기술입니다. 본 연구실에서는 문어 빨판, 개구리 발바닥 등 자연계의 접착 및 구조적 특성을 모사하여, 계층적 나노/마이크로 패터닝, 비정형 리소그래피, 2D/3D/4D 프린팅, 나노구조 조립, 분자 수준의 화학 처리 등 다양한 공정을 융합합니다. 이를 통해 기존의 한계를 뛰어넘는 초고기능성 고분자 구조체를 설계하고 제작합니다.
이러한 3D 아키텍처는 유연하고 신축성이 뛰어난 전자소자, 변형 가능한 센서, 소프트 로봇 및 액추에이터, 메타버스 햅틱 인터페이스, 에너지 하베스팅 소자, 바이오메디컬 약물전달 소자 등 다양한 응용 분야에 적용됩니다. 특히, 물리적·화학적 센서와 결합하여 피부와 같은 복잡한 곡면에도 완벽하게 밀착할 수 있는 전자피부(e-skin)와 웨어러블 디바이스 개발에 중점을 두고 있습니다. 고분자 3D 구조의 미세한 제어와 시뮬레이션(유한요소해석 등)을 통해, 실제 생체 환경에서도 안정적이고 효율적인 성능을 구현합니다.
이 연구는 미래의 스마트 헬스케어, 차세대 로봇, 가상현실/증강현실 인터페이스, 맞춤형 약물전달 시스템 등 다양한 산업에 혁신적인 변화를 가져올 것으로 기대됩니다. 또한, 대면적 공정 및 프로그래머블 고분자 기술을 통해 상용화 가능성을 높이고, 지속가능한 소재 및 친환경 공정 개발에도 기여하고 있습니다.
생체모사 소프트 일렉트로닉스 및 바이오일렉트로닉스
본 연구실은 생체모사 소프트 일렉트로닉스와 바이오일렉트로닉스 분야에서 세계적인 선도 연구를 수행하고 있습니다. 피부에 부착 가능한 패치, 웨어러블 센서, 전자피부, 바이오신호 측정 소자 등은 모두 생체 환경과의 적합성, 유연성, 내구성, 그리고 생체적합성을 동시에 요구합니다. 이를 위해 자연계의 접착 메커니즘과 구조적 특성을 모방한 고분자 기반의 소프트 일렉트로닉스를 개발하고 있습니다.
대표적으로, 문어 빨판 구조를 모사한 나노섬유 기반 접착 전자소자, 미세바늘(마이크로니들) 패치, 음압 유도형 약물전달 시스템 등은 기존의 주사기나 통증을 동반하는 의료기기와 달리, 비침습적이고 통증이 없는 약물전달 및 바이오신호 측정이 가능합니다. 또한, 피부의 땀과 열 배출이 가능한 구조, 신축성과 내구성이 뛰어난 전극 설계, 머신러닝 기반의 데이터 분석 등 다양한 융합기술을 적용하여 실제 임상 및 헬스케어 현장에 적용할 수 있는 수준의 소자를 개발하고 있습니다.
이러한 연구는 스마트 헬스케어, 맞춤형 치료, 피부질환 관리, 미용 및 재생의료, 신경 인터페이스 등 다양한 바이오메디컬 분야에 혁신적인 솔루션을 제공합니다. 앞으로도 본 연구실은 생체모사 기반의 소프트 일렉트로닉스 기술을 바탕으로, 인간의 삶의 질을 높이고 미래 의료기술의 패러다임을 선도하는 연구를 지속할 예정입니다.
차세대 소프트 로봇 및 햅틱 인터페이스
연구실은 소프트 로봇과 햅틱 인터페이스 분야에서도 독창적인 연구를 진행하고 있습니다. 기존의 경직된 로봇과 달리, 생체모사 고분자 3D 구조와 유연한 전자소자를 결합하여, 실제 생물의 움직임과 촉각을 모사할 수 있는 소프트 로봇 및 햅틱 디바이스를 개발합니다. 예를 들어, 문어의 빨판 구조와 개구리 발바닥에서 영감을 얻은 신축성 진동 햅틱 패치, 인공 손가락, 다기능 센서 등은 메타버스, 가상현실, 원격 조작 등 미래 인터페이스 기술의 핵심을 이룹니다.
이러한 소프트 로봇 및 햅틱 장치는 피부에 밀착되어 장시간 착용해도 쾌적함을 유지하며, 다양한 신체 부위의 움직임에 따라 유연하게 적응할 수 있습니다. 또한, 압력·온도·진동 등 다양한 물리적 자극을 정밀하게 감지하고 전달할 수 있어, 실제와 유사한 촉각 경험을 제공합니다. 머신러닝 기반의 정량적 분석과 결합하여, 사용자의 움직임과 환경 변화를 실시간으로 인식하고 반응하는 지능형 시스템 구현이 가능합니다.
이 연구는 의료 재활, 원격 진료, 가상현실 기반 교육 및 엔터테인먼트, 산업용 로봇 등 다양한 분야에 적용될 수 있으며, 인간-기계 상호작용의 새로운 패러다임을 제시합니다. 앞으로도 본 연구실은 소프트 로봇과 햅틱 인터페이스의 한계를 극복하고, 더욱 정교하고 지능적인 시스템 개발에 매진할 것입니다.
