기계연, 세계 최초 초소형 3축 자기 센서 개발

[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 초상자성 나노입자 기반의 플럭스 가이드를 적용해 별도 리셋 장치 없이도 세 방향의 자기장과 촉각을 정밀하게 측정할 수 있는 초소형 3축 자기 센서를 세계 최초로 개발했다.

한국기계연구원은 AI로봇연구소 바이오기계연구실 오선종 책임연구원 연구팀이 평면 홀 자기저항(PHMR) 소자 위에 초상자성 나노입자를 잉크젯 방식으로 인쇄해 x·y·z 축 자기장을 동시에 측정하는 센서를 구현했다고 6일 밝혔다.

기존 강자성 플럭스 가이드는 자기장이 사라진 뒤에도 잔류 자화가 남는 자기 이력(히스테리시스) 문제로 리셋 회로가 필요했으나 외부 자기장이 제거되면 자화가 소멸하는 초상자성 나노입자를 적용해 리셋 회로 없는 연속 측정을 가능하게 했다.

연구팀은 소재 개선과 공정 단순화를 이뤄낸 데 이어 수직 방향 자기 감도를 대폭 끌어올리는 기술적 성과도 함께 거뒀다.

연구팀은 나노입자 경화 과정에서 외부 자기장을 가해 입자를 수직 정렬시키는 자기장 보조 경화 기술을 적용했다.

이를 통해 수직 방향(z축) 자기장 감도를 기존 대비 약 3배 높였으며, 자기장 변환 효율을 최대 40%까지 향상시켰다.

센서는 500㎛×500㎛의 초소형 크기로, 4개 감지 소자 구동 시 소비전력이 16mW에 불과해 배터리 기반 웨어러블 기기에 적합하다.

또 센서 위에 영구자석이 들어간 탄성체를 결합해 누르는 힘과 미는 힘을 측정하는 다축 촉각 센서로 확장할 수 있으며, 약 0.2도의 각도 분해능을 확보했다.

한편 이번 연구 결과는 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈' 6월호 표지 논문으로 선정됐다.