김태성 연구실의 핵심 축 가운데 하나는 미세유체공학과 나노유체공학을 기반으로 유체, 이온, 분자, 미세·나노입자의 이동을 정밀하게 제어하는 플랫폼을 개발하는 것이다. 연구실은 마이크로채널과 나노공극, 나노채널, 이종 경계면이 결합된 mixed-scale 시스템에서 나타나는 전달현상에 주목하며, 단순한 유동 관찰을 넘어 화학적·전기적·열적·기계적 조건이 결합된 다중물리 환경에서의 거동을 해석한다. 이를 통해 기존 거시 유체계에서는 관찰하기 어려운 확산삼투, 확산영동, 열영동, 이온 농도 분극, 선택적 투과와 같은 현상을 공학적으로 활용 가능한 수준까지 끌어올리는 것이 주요 목표다. 특히 연구실은 soft/hard 나노플루이딕스 플랫폼, 주름 기반 나노채널 배열, 투과증발 기반 액체 게이팅, 가스 용해 기반 이온 다이오드, 다중 전해질 환경에서의 이온 전달 분석 등 독창적인 미세·나노구조 설계를 수행해 왔다. 이러한 접근은 단순한 실험 장치 개발에 그치지 않고, 이온 전류의 증폭과 정류, 이온 게이팅, 나노입자 분리, 미세입자 연속 분리, 저온 및 온도 구배에서의 전달거동 규명 등으로 확장된다. 더 나아가 저비용·대면적·대량생산이 가능한 공정성을 고려하여 실제 센서, 분석칩, 분리막, 바이오칩으로 이어질 수 있는 기술적 기반을 마련하고 있다. 이 연구는 차세대 바이오센서, 정밀 분리기술, 에너지 변환 소자, 생체모사 시스템, 진단용 랩온어칩 기술의 근간이 된다는 점에서 의미가 크다. 최근 발표된 혈액암 약물 반응 평가용 미세유체 세포 어레이, 미세공 기반 저항성 펄스 센싱, 나노공극 통합 플랫폼 연구는 연구실의 미세유체 기술이 생명과학 및 정밀의료 응용으로 빠르게 확장되고 있음을 보여준다. 결과적으로 이 연구 주제는 유체역학의 기초 이해와 MEMS/NEMS 기반 소자 개발, 그리고 실제 의료·환경·분석 응용을 연결하는 연구실의 대표 분야라고 할 수 있다.

연구실의 또 다른 대표 분야는 구조색을 능동적으로 제어할 수 있는 마이크로·나노 표면 복합체와 이를 이용한 위·변조 방지 기술이다. 이 연구는 염료나 안료가 아닌 미세한 표면 구조와 광학적 간섭 현상을 이용해 색을 구현한다는 점에서 차별적이며, 투명 상태와 발색 상태를 오가는 covert-overt 전환형 구조색, 외부 자극에 따라 패턴이 나타나거나 숨겨지는 광학 보안 플랫폼 개발로 이어지고 있다. 이는 기계적 하중, 굽힘, 압축, 버클링과 같은 변형이 광학적 출력으로 변환되는 메커니즘을 정교하게 설계하는 연구다. 구체적으로 연구실은 PDMS와 SiO2 나노입자 패턴을 결합한 다층 복합체, 주름 기반 그레이팅 구조, 광결정 구조체, 복합모양 픽셀 기반 구조색 필름 등을 개발해 왔다. 관련 논문과 특허에서는 외부 응력에 의해 서로 다른 파장의 주름과 그레이팅이 형성되고, 그 결과 QR 코드나 상표, 보안 패턴이 순간적으로 드러나거나 사라지는 기술이 제시되었다. 또한 단일 단계 혹은 중첩 포토리소그래피, 자기조립, 잉크젯 프린팅, 유연 기판 봉지화 등 제조기술을 결합해 투명성, 유연성, 반복 구동성, 대면적화 가능성까지 고려하고 있다는 점이 특징이다. 이러한 연구는 위조 방지 라벨, 스마트 패키징, 광학 암호화, 정보 표시 필름, 차세대 보안소재 산업으로의 직접적인 확장성이 크다. 특히 별도 전원이나 복잡한 판독 장비 없이 육안으로 확인 가능한 반응형 구조색은 산업적 실용성이 높고, 필름 형태로 대면적 공정이 가능하다는 점에서 상용화 잠재력이 높다. 연구실이 다수의 등록특허와 기업 연계 과제를 보유하고 있다는 사실은 해당 분야가 기초 연구를 넘어 원천기술 확보와 제품화 단계까지 이어지고 있음을 보여준다.

김태성 연구실은 미세유체 및 재료구조 설계 역량을 바탕으로 웨어러블 전자소자와 자가발전 센서 시스템 연구도 활발히 수행하고 있다. 대표적으로 마찰전기 나노발전기 기반 화학·바이오 센서 시스템, 전섬유형 auxetic yarn 센서, 인체 움직임 추적용 유연 센서 등이 연구실의 주요 성과로 확인된다. 이러한 연구는 배터리 의존성을 줄이고, 인체 친화적이며, 일상 환경에서 지속적으로 동작하는 센서를 구현하는 데 초점을 둔다. 특히 전섬유형 음의 포아송비 구조 센서는 높은 유연성, 기계적 안정성, 세탁 가능성, 직조 가능성, 빠른 응답속도를 동시에 확보하도록 설계되었다. 연구실은 이를 단순한 소재 수준에서 끝내지 않고, 인공신경망 기반 수화 번역 장갑으로 연결하여 실제 인간-기계 인터페이스 응용을 제시했다. 또한 마찰전기 나노발전기를 이용한 센서 시스템 연구에서는 센서 자체를 능동 소자이자 전원 공급원으로 활용하는 구조를 탐구함으로써, 화학·생물학적 검출을 위한 자가구동 플랫폼의 가능성을 넓혔다. 이 연구 주제는 헬스케어, 재활보조, 스마트 의류, 휴먼 인터페이스, 현장형 바이오센서 분야에서 매우 높은 파급효과를 가진다. 유연하고 직물화 가능한 센서는 착용감과 지속 사용성을 높일 수 있으며, 인공지능과 결합할 경우 복잡한 동작 해석과 실시간 의사소통 지원까지 가능해진다. 따라서 이 연구는 기계공학, 재료공학, 전자소자, 인공지능 응용이 교차하는 융합 영역으로서 연구실의 응용 지향성과 사회적 파급력을 잘 보여주는 분야다.