컬러레이, 판상 산화아연으로 'AI 전자코' 소재 연구…가스 센싱 기술 검증

컬러레이 (900310)가 판상 산화아연(ZnO flake)을 활용한 인공지능(AI) 전자코(Electronic Nose)용 센싱 소재 개발 가능성을 검토하고 있다. 아직 연구개발과 기술 검증 단계로, 판상 산화아연의 구조적 특성과 가스 감응 성능을 확인하고 AI 기반 가스 인식 기술에 적용할 수 있는지를 살펴보는 데 연구 역량을 집중하고 있다.

전자코는 여러 센서에서 발생하는 신호를 분석해 특정 가스나 냄새의 특성을 구분하는 기술이다. 최근 인공지능이 시각과 청각을 넘어 다양한 감각 정보를 인식하는 방향으로 발전하면서 가스와 냄새를 감지·분석하는 이른바 'AI 후각' 기술에 대한 연구도 확대되고 있다. 여러 센서에서 얻은 복합적인 신호를 AI로 분석해 가스 종류와 특성을 식별하는 방식이다.

컬러레이는 기존 산화아연 기반 촉각 센싱 소재를 연구해온 경험을 토대로 판상 산화아연의 가스 감응 특성에 주목하고 있다. 산화아연은 물리·화학적 특성 때문에 가스 센서 소재로 꾸준히 연구돼 온 물질로, 특히 나노 크기로 구현할 경우 표면 활성 부위가 늘어나면서 다양한 가스에 반응하는 특성을 보인다.

수소와 에탄올, 포름알데히드, 아세톤, 휘발성유기화합물(VOCs) 등이 대표적이다. 가스 분자가 산화아연 표면에 흡착되면 표면의 산소 이온과 산화·환원 반응이 일어나고, 이 과정에서 소재의 전기저항이 달라진다. 컬러레이는 이 같은 전기적 변화를 측정해 가스 종류를 구별하는 센싱 기술로 활용할 수 있는지를 연구하고 있다.

특히 연구팀이 주목하는 소재는 두께가 수십 나노미터 수준인 2차원 판상 구조의 산화아연이다. 판상 구조를 활용하면 활성 결정면의 노출을 확대할 수 있어 기존 산화아연과 비교해 가스 감응 특성과 센싱 성능에 어떤 변화가 나타나는지 확인할 수 있다는 판단이다.

소재의 표면 특성을 조절하는 연구도 진행한다. 판상 산화아연에 귀금속을 첨가하거나 서로 다른 소재를 결합한 이종구조를 형성하는 방식으로 에탄올, 아세톤, 황화수소, 암모니아 등 다양한 가스에 대한 반응 특성을 조절할 수 있는지를 검토하고 있다.

서로 다른 가스에 차별화된 반응을 보이는 여러 센싱 유닛을 구성하는 것이 목표다. 각각의 센싱 유닛에서 나타나는 전기저항 변화 패턴을 종합적으로 분석하면 단일 센서로는 구분하기 어려운 복합 가스의 특성도 식별할 수 있기 때문이다.

컬러레이는 향후 이 같은 센싱 소재에서 발생하는 데이터를 AI 분석 기술과 결합하는 방안도 연구할 계획이다. 합성곱신경망(CNN) 등 AI 기반 분석 기술을 적용해 여러 센싱 유닛에서 얻은 신호 패턴을 학습시키고 복합적인 가스 정보를 구분할 수 있는지를 확인한다는 구상이다.

상온 또는 상온에 가까운 환경에서의 가스 감응 성능도 주요 검증 대상이다. 실제 센싱 소재로 활용하기 위해서는 특정 가스에 대한 반응 여부뿐 아니라 다양한 환경에서 안정적으로 센싱 성능을 유지할 수 있는지도 중요하기 때문이다.

다만 현재 관련 연구는 상용화나 제품 개발 단계가 아닌 연구개발 및 기술 검증 단계다. 컬러레이는 우선 판상 산화아연의 구조적 특성과 가스 감응 특성을 파악하고 센싱 소재로서의 활용 가능성을 확인하는 데 초점을 맞추고 있다.

컬러레이 관계자는 "현재 판상 산화아연 기반 AI 전자코 관련 연구는 연구개발 및 기술 검증 단계"라며 "판상 산화아연의 구조적 특성과 가스 감응 특성을 확인하고 센싱 소재로서의 적용 가능성을 연구하는 데 중점을 두고 있다"고 말했다.

이어 "향후에도 관련 소재의 특성과 AI 기반 가스 인식 기술에 대한 적용 가능성을 지속적으로 연구해 나갈 계획"이라며 "판상 산화아연을 비롯한 나노소재의 구조와 특성을 연구하고 다양한 센싱 분야에서 소재 적용 가능성을 검토해 나가겠다"고 덧붙였다.

컬러레이는 판상 산화아연의 가스 감응 특성을 기반으로 다양한 센싱 유닛을 개발하고 AI 분석 기술과의 결합 가능성을 검증하며 차세대 전자코용 소재 적용 범위를 단계적으로 모색한다는 계획이다.

장효원 기자 specialjhw@asiae.co.kr