SoftLab은 액체에서 고체에 이르는 다양한 공학 재료의 ‘기계적 거동’을 하나의 연속체 스펙트럼으로 바라보고, 그 안에서 나타나는 비선형 변형, 점탄성/점소성, 젖음(wetting) 및 계면 장력에 의한 구동 현상을 체계적으로 규명하는 데 초점을 둡니다. 특히 소프트 매터(하이드로겔, 섬유/다공성 재료, 고분자 박막 등)에서는 외부 자극이 작아도 큰 변형이 발생하고, 유체 이동과 고체 변형이 강하게 결합되기 때문에 고전적인 선형 탄성 모델만으로는 설명이 어려운 현상이 빈번합니다. 연구실은 이러한 ‘유체-고체 상호작용(fluid–solid interaction)’을 정량화하여, 재료의 구조-물성-기능을 연결하는 물리 기반 이해를 구축합니다. 구체적으로는 모세관 흐름, 확산, 삼투와 같은 액체 수송 메커니즘이 소프트 구조물의 형태 변화를 어떻게 유도하는지(예: 셀룰로오스 스펀지의 팽윤, 모세관 유도 변형, 젖은 머리카락의 번들링/자기조립 등)를 다룹니다. 다공성 유동(porous flows)에서는 다르시/포로탄성 이론이 충분히 설명하지 못하는 ‘젖음 구동 팽윤’과 같은 현상에 주목하여, 물이 얼마나 빠르게 스며들고(위킹) 그 과정이 구조 변형 속도와 어떻게 연결되는지 질문을 세분화합니다. 또한 계면 물리(interfacial physics)를 기반으로 액-고-기 계면에서의 에너지/힘의 균형을 분석하여, 실험적으로 관찰되는 패턴 선택, 자가조립, 건조 과정에서의 형태 안정성 문제를 해석합니다. 이러한 기초 연구는 곧바로 ‘형상 변화 소재(morphing materials)’ 및 생체모사 구동(biomimetics)으로 확장됩니다. 식물의 흡습 변형(botanical movements)처럼 미세구조의 이방성(anisotropy)이 거시적 운동 모드를 결정하는 원리를 규명하고, 이를 인공 구동 시스템 설계로 전환합니다. 더 나아가 전기방사(electrospinning) 기반의 섬유 나노시트에서 나타나는 초민감 변형(hyperresponsive deformation)과 같은 현상을 소재 설계 변수(재료 조성, 섬유 정렬, 흡습성, 두께 등)로 환원해, 원하는 속도·정밀도·효율로 동작하는 소프트 액추에이터/구조체를 구현하는 것을 목표로 합니다.

SoftLab은 기초 물리/재료 연구를 실제 시스템으로 연결하는 응용 연구를 강하게 추진하며, 그 중심에 마이크로플루이딕스(microfluidics)와 센서(sensing), 그리고 웨어러블(wearable) 디바이스가 있습니다. 특히 땀(sweat)과 혈액(blood)처럼 ‘현장에서 얻어지는 생체유체’를 정량 분석하기 위해, 유체 채취·분배·저장·반응을 수행하는 미세유체 구조와 전기화학/색변화(colorimetric) 센서를 통합하는 플랫폼을 개발합니다. 이러한 접근은 비침습(non-invasive) 또는 최소침습의 개인 맞춤형 건강 모니터링, 원격 환자 관리, 스포츠 과학 및 환경 모니터링으로 이어집니다. 최근 연구 흐름은 (1) 웨어러블 마이크로플루이딕 시스템의 고도화, (2) 전기화학 센서의 고감도화/소형화, (3) 신뢰성 있는 시료 채취(오염 방지, 시간 분해 샘플링, 선택적 채취)로 요약될 수 있습니다. 예를 들어 섬유 기반(fabric-based) 마이크로플루이딕 시스템에 전기화학 및 색변화 센싱 어레이를 집적해 다중 분석(multiplex) 땀 진단을 구현하고, 자기장 기반 쌍안정 밸브(bistable magnetic valve)로 원하는 시점에 선택적으로 땀을 채취하여 오염과 혼합을 줄이는 방향의 연구가 진행됩니다. 또한 혈압을 실시간으로 측정하는 무선 패치와 같이, 일상 환경에서 스마트폰 등 개인 디바이스와 연계되는 형태의 시스템 통합도 중요한 목표입니다. 한편, 감염 진단 분야에서는 혈액에서 세균을 빠르게 분리·농축한 뒤 전기화학 센서 또는 현미경 영상 분석 기반으로 검출/항생제 감수성(AST)을 단시간에 제공하는 기술이 핵심입니다. 대용량 혈액 처리에 적합한 트렌치 구조 미세유체 플랫폼, 저농도 균액을 다루기 위한 농축/분리 장치, 그리고 프러시안 블루(Prussian blue) 기반의 수용체-비의존(receptor-free) 전기화학 검출 같은 요소 기술이 결합되어 ‘현장 진단(POC)’ 가능성을 높입니다. 더 나아가 이러한 센서·미세유체·소프트 소재 기술은 소프트 로보틱스(예: 유연 구조, 자극 반응 구동, 피부-기계 인터페이스)와 결합되어 의료·산업 현장에서 사람과 안전하게 상호작용하는 차세대 장치로 확장될 수 있습니다.

연구실의 두 번째 축은 ‘시간에 따라 진화하는(kinetic) 재료 시스템’을 수학적으로 기술할 수 있는 이론 모델을 제안하고, 이를 단순화된 실험으로 검증하는 것입니다. 소프트 재료 시스템은 젖음·건조·확산·상변화·용매 교환 등 시간 의존 과정이 지배적이어서, 동일한 재료라도 관찰 시간 스케일에 따라 전혀 다른 거동을 보일 수 있습니다. SoftLab은 이와 같은 동역학적 시스템에서 핵심 지배 변수를 도출하고, 스케일링 법칙과 저차원 모델을 통해 설계 가능한 지식으로 압축합니다. 대표적으로 젖은 머리카락/섬유 다발의 탄성-모세관(elastocapillary) 자기조립처럼 ‘형태가 선택되는’ 현상에서는, 길이 스케일(다발 길이, 유효 반경), 표면장력, 배수(drain) 속도, 탄성 굽힘 강성 등의 경쟁 관계를 정리해 패턴 선택 메커니즘을 설명합니다. 또한 팽윤형 다공성 매질에서는 압력 구동 팽윤이 아니라 젖음 구동 팽윤이 나타나는 이유를 모델에 반영하고, 위킹 속도와 팽윤 속도 사이의 상호작용을 실험-이론으로 교차 검증합니다. 이런 접근은 “복잡한 현상을 최소 변수로 설명”하는 데 강점이 있으며, 향후 신소재/디바이스 설계 시 탐색 공간을 급격히 줄여주는 역할을 합니다. 또한 연구실은 ‘실험의 단순화’ 자체를 방법론으로 삼습니다. 예를 들어 레이저 가공(laser beam machining)에서는 열전달과 젖음성을 동시에 고려해 공정 파라미터(레이저 출력, 스캔 속도, 펄스 조건 등)와 형상/표면 특성의 관계를 정리하고, 마이크로/나노 구조 제작의 재현성을 높입니다. 전기방사 공정에서도 재료의 흡습성과 섬유 미세구조를 연결하는 최소 실험 세트를 구성하여, 변형 모드의 이방성 및 응답 속도를 예측하는 모델로 확장합니다. 결과적으로 SoftLab의 이론-실험 결합 프레임은 소프트 로보틱스, 바이오센서, 웨어러블 플랫폼 등 응용 개발에서 ‘성능을 사전에 예측하고 실패를 줄이는 설계 도구’로 작동합니다.