1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

생체 모사 전자 피부(E-Skin)는 기존 전도성 고무나 금속 소재 패치를 대체하기 위해 활발히 연구되고 있는 분야입니다. 기존 패치의 경우 염증을 유발하거나 피부 조직 간의 밀착력이 떨어지는 한계가 있어, 수분을 풍부하게 함유하면서도 피부와 유사한 물성 및 조직 접착성을 지닌 하이드로겔(Hydrogel) 지지체 기반 패치의 필요성이 대두되고 있습니다.

특히 최근 E-skin 연구는 단순한 상처 치유나 수동적인 저항 변화 센서의 역할을 넘어, 메카트로닉스 및 정밀 기계설계 기술을 접목하여 자가 발전(self-powered) 특성을 부여하고 능동적 진단·치료 통합 기능을 구현하는 방향으로 발전하고 있습니다. 또한, 하이드로겔 분야에 3D 프린팅 기술을 접목할 때 인쇄 적성과 구조적 안정성을 동시에 충족하기 위해 토폴로지 기반의 구조 설계 및 가교 전략 등 다양한 공학적·기계적 접근이 이루어지고 있습니다.
저희의 이번 연구는 뛰어난 생체적합성 및 세포 부착성을 지닌 GelMA와 3D 프린팅 지지체 제작에 적합한 Alginate를 기본 하이드로겔로 채택하였습니다. 여기에 기계적 강도를 극대화하는 TOCNCs(TEMPO 산화 나노결정 셀룰로오스)와 자가발전 능력을 부여할 수 있는 2차원 평면 구조의 무기화합물 MXenes을 도입하여 GACM 하이드로겔을 제작했습니다.

개발된 GACM 하이드로겔은 외력을 받았을 때 최대 36.35 mV의 출력 전압을 발생시켰으며, 동물실험에서 2주간 염증 없이 88.67%에 달하는 상처 폐쇄율을 보였습니다. 나아가 메카트로닉스 및 제어 기술을 결합하여, 손가락을 구부릴 때 발생한 전압 신호를 무선으로 전송해 로봇팔을 정밀 제어하는 인간-기계 인터페이스(HMI) 적용 가능성을 성공적으로 입증하였습니다. 석사과정 중 이러한 다학제적 융합 단계를 차근차근 거친 결과, 과거에 Advanced Healthcare Materials 논문에 이어 다시 한번 한빛사에 소개되는 뜻깊은 성과를 얻게 되었습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.

저는 현재 강원대학교 바이오시스템공학과 임기택 교수님의 '바이오 로보틱스 연구실(Bio-Robotics Lab)'에서 박사과정을 진행 중입니다.

저희 연구실은 바이오 재료 및 소재 연구에 그치지 않고, 메카트로닉스 공학, 제어 기술을 융합하여 스마트 바이오 시스템을 연구합니다. 하이드로겔과 같은 지지체(scaffold) 개발, 상처 치유용 나노입자, 체내 환경을 모사하는 생물반응기(bioreactor) 제작을 주 연구 분야로 다루고 있습니다. 특히 3D 프린팅(DIW, DLP) 및 전기방사 장비의 기계적·구조적 설계를 직접 수행하며 독자적인 경쟁력을 갖춘 "지능형 스캐폴드"를 제작하고 있습니다. 이를 바탕으로 연구실 내에서 소재의 기계적·유변학적·전기적 특성 분석은 물론, 세포적합성, 항균성, 그리고 메카트로닉스 기반의 신호 제어 분석까지 원스톱으로 수행 가능한 최적의 연구 환경을 갖추고 있습니다.
연구실 구성원들은 생명공학과 기계·메카트로닉스가 접목된 융합적 환경 속에서 각자의 지식과 기술을 자유롭게 공유합니다. 단순 물성 분석부터 3D 프린팅 및 정밀 제어 기술까지 서로 협력하며 높은 수준의 저널에 도전할 수 있다는 점이 저희 연구실의 가장 큰 장점입니다. 또한, 석사과정 시작 단계부터 리뷰 논문을 작성하며 최신 연구 동향을 파악하고, 자신만의 독창적인 연구 서사를 쌓아갈 수 있는 체계적인 시스템을 구축하고 있습니다.

3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

본격적인 연구 시작에 앞서 동향을 살펴보는 과정에서 사전 논문들을 확인할 때, 과연 저도 이런 수준의 성과를 낼 수 있는지 지레 겁을 먹기도 했습니다. 하지만 리뷰 논문을 차근차근 작성하는 과정과 선배님들의 융합 연구 프로젝트에 참여하면서, 어렵게만 느껴졌던 메커니즘과 데이터 분석 결과들이 자연스럽게 이해되는 순간마다 제가 성장하고 있음을 체감했습니다.

이를 바탕으로 저만의 연구를 시작하여 실험과 기계·제어 설계를 하나하나 수행하고, 목표했던 논문 출판이라는 결실을 보았을 때 큰 성취감과 자부심을 느꼈습니다. 작성한 논문의 결과 자료를 둘러볼 때마다 도출 과정의 고민과 노력이 생생히 떠오르며, 매 순간이 연구자로서 큰 보람으로 남아있습니다.

4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?

저의 연구 분야인 'E-skin 패치'나 바이오 지지체 분야는 바이오 소재뿐만 아니라, 메카트로닉스 신호 처리 등 접목해야 할 학문 범위가 넓어 처음에는 방대한 양에 압도되기 쉽습니다. 하지만 차근차근 퍼즐 조각을 맞추듯 깊이 있게 이해해 나가다 보면, 그 모든 과정이 결국 자신만의 대체 불가능한 융합적 자산이 됩니다. 포기하지 않고 지식을 쌓아간다면 반드시 멋진 연구 성과라는 결실을 보게 될 것입니다.

또한 연구 과정에서 실패에 부딪히거나 기술적 한계에 도달했을 때, 혼자 고심하기보다는 동료들과 활발히 논의하며 해결점을 찾는 자세가 매우 중요합니다. 이번 연구 성과 역시 바이오 소재 기술과 메카트로닉스 제어 기술의 긴밀한 협업이 있었기에 가능했습니다. 연구자로서의 기술적 역량도 중요하지만, 동료들과의 깊이 있는 협업과 열린 소통이야말로 성공적인 연구를 이끄는 가장 강력한 동력입니다.

5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

저는 이번 연구에서 구축한 자가발전 하이드로젤 패치 기술과 메카트로닉스 기반 무선 제어 기술을 바탕으로, 차세대 스마트 바이오 패치 연구를 더욱 확장해 나갈 계획입니다.

    •  첫째, 초음파 자극 기반 자가발전 기술 연구: 신체 움직임과 같은 물리적 외력 외에도 '초음파 자극'을 받아 전기를 생산하는 기술을 연구하고자 합니다. 특히 3D 프린팅 정밀 기계설계를 활용해 패치 내부의 미세 구조 밀도를 다변화하고, 최적의 전기 발생 효율을 갖는 구조를 규명할 것입니다. 나아가 이를 인공 심장 모형에 적용하여 실제 심장 박동 환경에서의 전기 발생 특성을 정밀 분석할 예정입니다. 

    •  둘째, 고성능 유연 센서 및 바이오 인터페이스 확장: 개발한 패치를 신체의 미세 전기 신호(근전도, EMG)를 감지하는 유연 센서로 발전시켜 완벽한 피부 밀착성과 정밀 감지 성능을 검증할 것입니다. 나아가 식물(파리지옥) 표면에 적용하여 생체 전기 신호를 측정하고 역으로 자극을 주는 '식물 바이오 인터페이스' 영역으로까지 메카트로닉스 연구 범위를 확장하고자 합니다.

이러한 연구를 통해 자가발전 성능을 극대화하고, 단순 모니터링을 넘어 사람과 기계, 그리고 생명체를 유기적으로 연결하는 차세대 다기능 바이오 인터페이스 기술을 확립하겠습니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....

이번 연구에서 필요한 압전 물질인 MXenes을 주기적으로 제공해주신 가천대학교 김종성 교수님과 Md. Moniruzzaman 박사님, 그리고 동물 실험을 통해 하이드로겔의 상처 치유 성능을 분석해 주신 국립한국교통대학교 이용규 교수님과 안정만 박사님께 깊이 감사드립니다. 또한, 바이오와 메카트로닉스를 아우르는 연구의 방향을 제시해주시고 지도해주신 임기택 교수님께 진심으로 감사의 말씀을 드립니다. 옆에서 실험과 해석을 도와준 Sayan Deb Dutta 박사님을 비롯한 바이오로보틱스 연구실 선후배 동료들, 그리고 항상 든든한 버팀목이 되어주는 가족들에게 감사의 마음을 전합니다.