나노기술 및 정책 정보

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중국 홍콩 과학기술 대학교 전자 및 컴퓨터 공학부 판즈융(范智勇) 교수 연구팀은 관련 연구를 통해 세계 최초의 페로브스카이트(perovskite) 나노 와이어 배열 반구상(半球狀) 시망막(視網膜) 바이오닉스 인공눈(Bionic human eyes)을 개발하는데 성공하여 이슈가 되고 있음.

이번 연구의 핵심적인 부분은 나노 와이어 바이오닉스 인공눈 간상세포(rod cell) 분야에서의 돌파적인 성과를 취득한 부분이며, 연구팀은 이번 연구를 통해 고 밀도 나노 와이어 배열을 반구형(半球形) 포러스 투명 절연 템플릿 바이오닉스 인류 시망 막 내에 조립하였으며, 이온 액체로 인간 눈 속의 유리 체를 모방하고 다양한 백 접촉 전극 기술(Back contact electrode technology)을 개발하고, 최종적으로 인간 눈 구조와 극히 유사한 시각 계통을 구성하였음.

판즈융(范智勇) 교수 연구팀은 지난 2016년도에 고도로 집적된 페로브스카이트 나노 와이어 배열 개발에 성공하였으며, 연구팀은 동 페로브스카이트 나노 와이어 배열을 이용하여 평면 이미지 센서를 조립하여 일종 구형(球形) 전기화학 바이오닉스 눈을 개발하였으며, 최근에는 일종 새로운 디바이스 구조를 디자인 하고 반구형(半球形) 포러스 산화알루미늄을 템플릿으로 사용하여 페로브스카이트 나노 와이어를 조립하고, 이온 액체를 나노 마이크로 포러스 속에 삽입시켜 나노 와이어와 전기 접촉을 실행시키고, 액체 상태 금속 섬유/금속 마이크로 프로브 배열로 백 접촉을 형성하고, 시각 신경전도 신호를 모방하였으며, 연구팀은 관련 실험을 통해 한 개 혹은 여러 개의 나노 와이어를 독립적인 감광(感光) 유닛으로 사용하면 초고 해상도 이미징을 실현할 수 있다는 점을 입증하였음.

연구팀은 관련 연구를 통해 일종 새로운 마이크로 전극 배열 조립 전략을 제시하였으며, 반도체 나노 와이어 배열의 백 성장 금속 나노 와이어 전극 수직 배열을 실현하고, 자기장 보조 하에서 니켈 금속 마이크로 프로브를 나노 와이어 배열에 삽입시켜 단일 픽셀이 3개의 나노 와이어 픽셀 포인트만 함유한 배열을 형성시켰으며, 사이즈가 2mm×2mm 밖에 되지 않는 이미지 식별 기능을 보유한 초소형 이미지 센서를 개발한 동시에 연구팀이 개발한 전극 조립 방법을 반구형(半球形) 표면에 응용하여 인간 눈에 접근하는 고성능 시각 시스템을 개발하였음.

연구팀이 개발한 바이오닉스 인공 눈 시스템은 광각 카메라/카메라, 휴머노이드 로봇(humanoid robot), 고성능 시각 보형물로 시각 장애인들에게 도움을 제공하는 등 분야에서 밝은 응용 전망을 보유하고 있으며, 연구팀이 개발한 신형 바이오닉스 인공 눈은 응답 속도가 사람 눈을 초월하여 민감 정도가 인간 눈에 접근한 상황이며, 연구팀이 개발한 바이오닉스 시망 막은 인류 시망 막의 고유한 "맹점(盲点)" 문제를 해결할 수 있는 강점을 보유하고 있는 상황임.

연구팀은 고밀도 나노 와이어 배열을 사용하였기 때문에 바이오닉스 시망 막의 이론 해상도는 인간 눈의 6배 정도에 달하고 있는 상황이며, 현재 백 전극 수공 제조 공법 영향을 받아 전극 밀도가 아직 높지 못한 상황이기 때문에 바이오닉스 시망 막은 아직 인간 눈 해상도에 도달하지 못하여 향후 발전 공간이 큰 상황임.

연구팀이 개발한 디바이스는 발굴이 가능한 큰 잠재력을 보유하고 있는데 예를 들면 일반 인간 눈은 400나노에 700나노 파장의 가시광선 주파수 대역을 볼 수 있는 상황이지만 연구팀이 개발한 디바이스는 응답 수준이 800나노 주파수 대역 수준에 달하고 있으며, 좁은 밴드 반도체로 나노 와이어를 제조하게 된다면 이런 바이오닉스 인공 눈은 더욱 넓은 광학 주파수 대역 응답을 실현할 수 있으며, 이런 바이오닉스 인공 눈을 시각 보형물로 사용하면 인간의 시각은 가시광선 주파수 대역 제한을 받지 않게 될 것으로 전망됨.

본 연구 성과는 ‘Nature’ ("Abiomimetic eye with a hemispherical perovskite nanowire retina")지에 게재됨.