최근 포스텍 연구팀이 기존 대비 최대 100배 저렴한 센서를 제작하는 기술을 개발해 자율주행 자동차 대중화에 한 걸음 더 다가갔다. 

지난 ‘CES 2024’에서 HD현대는 인공지능과 자율주행 기술로 운행하는 굴착기와 트럭 등을 선보였다. 이처럼 스스로 주행하는 무인 자동차의 핵심은 장애물과 주변 도로 상황을 분석하는 센서다. 

포스텍 화학공학과의 정대성 교수·통합과정 이상준 씨 연구팀은 폴라론(poalron)을 제어해 단파 적외선을 분석하는 유기 광소자(이하 OPD, organic photodiode) 센서를 개발했다. 이번 연구는 재료 분야 국제 학술지 『어드밴스드 머티리얼즈』에 게재됐다. 폴라론은 일반적으로 고체 상태의 물질에서 전자와 격자진동 간 상호작용으로 나타나는 새로운 전자를 말한다. 단파 적외선은 1.0~2.5 마이크로미터 영역의 적외선이다. 

‘자율주행 자동차의 눈’으로 불리는 라이다(LiDAR)는 빛을 사용해 장애물과의 거리와 위치 등 정보를 분석하는 센서다. 가시광선보다 파장이 긴 영역의 빛인 적외선은 수증기와 먼지의 영향을 적게 받아, 이를 센서에 적용하면 안개가 낀 날에도 물체를 정확하게 식별하는 센서를 만들 수 있다. 

하지만 무기 광소자를 사용한 기존 적외선 센서는 가격이 매우 비싸 실용성에 제한이 있었다. 반면, 적외선 센서 소재로 OPD를 사용하면 비용은 줄어들지만 OPD 내에 전류가 과도하게 높아져 적외선 신호를 분석하는 데 한계가 있었다. 

연구팀은 이를 극복하기 위해 적외선 센서 제작 공정 중 하나인 도핑을 새로 설계했다. 도핑은 다른 원자나 분자를 첨가해 광소자의 전기적 특성을 높이는 공정이다. 이 공정으로 OPD 내에 폴라론이 생성되는데, 폴라론이 박막에 묶여있는 경우 OPD에 영향을 거의 미치지 않지만, 자유로운 경우 OPD 내 전기 전도도를 높여 전류가 잘 흐르도록 한다. 

연구팀은 새로운 도핑 공정 기술을 적용해 두 폴라론 간 전환을 제어하는 데 성공했다. 그 결과, 단파 적외선을 분석하는 OPD를 개발했으며, 이를 기반으로 기존 대비 분석 성능이 약 100배 향상된 적외선 센서를 제작했다. 또한 연구팀의 센서는 1천500 나노미터 이상의 적외선 감지에도 성공했다. 

정대성 교수는 “이 기술을 적용하면 기상 상황이 좋지 않은 날에도 주변 도로 상황을 인식할 수 있고, 제작 비용도 저렴하다”라며, “자율주행 자동차뿐 아니라 3D 센서를 활용하는 증강 · 가상현실 기기와 머신비전 등 여러 분야의 발전에도 기여할 것”이라고 말했다.

김재호 기자 kimyital@kyosu.net

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