자율주행 차량용 센서 렌즈에 생긴 흠집을 햇빛으로 자가치유할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발돼 자유주행차량의 안전성이 크게 높아지게 됐다.

한국화학연구원은 김진철·박영일·정지은 박사 연구팀과 경북대 김학린·정인우 교수 연구팀이 자율주행차의 센서에 생기는 스크래치가 스스로 치유되는 소재를 개발했다고 20일 밝혔다.

렌즈는 빛을 모으거나 분산시키는 도구로 카메라, 핸드폰, 안경, 거리 측정용 센서 등 일상의 수많은 광학기기에 사용되지만 렌즈 표면이 스크래치 등에 의해 손상되면 이미지나 광신호에 왜곡이 생긴다.

특히 자율주행차의 라이다(LiDAR) 센서나 이미지 센서 등의 비전 시스템 인식 오류 또는 오작동은 자율주행 자동차의 안전성에 큰 악영향을 미친다.

이번에 화학연과 경북대 공동연구팀은 돋보기와 같은 간단한 도구를 사용해 햇빛을 모아 센서 표면에 생긴 긁힌 자국을 60초 이내에 제거할 수 있는 투명한 렌즈 소재를 개발했다.

연구팀은 렌즈 소재로 활용되는 티오우레탄 구조 내에 투명한 광열염료(빛에너지를 열에너지로 전환시크는 염료)를 섞은 후 햇빛을 비춰 고분자들이 해체와 재결합을 반복하는 '동적 화학결합'을 설계했다. 이를 통해 자유로운 분자이동으로 효율적 자가치유 기능을 유도했다.

특히 투명한 유기 광열 염료는 이미지 센서의 가시광선 영역(350~850㎚)과 라이다 센서가 활용하는 근적외선 영역(1550㎚)을 간섭하지 않으면서 특정 근적외선 파장(850~1050㎚)의 빛만 선택적으로 흡수할 수 있다.

개발된 소재는 햇빛이 흡수되면 빛 에너지가 열 에너지로 바뀌면서 표면 온도가 올라가고 온도가 올라가면 고분자들이 원래의 그물망 구조에서 해체돼 떨어졌다, 붙었다를 반복하며 자가치유 된다.

이 소재는 흠집이 교차해 발생한 경우에도 100% 자가치유 되며 같은 위치에 흠집을 내고 치유하는 과정을 5회 이상 반복해도 100% 자가치유 효율을 유지하는 우수한 복원력을 보였다.

이번 연구 결과는 과학기술 분야 국제학술지 ‘ACS 어플라이드 머티리얼즈 앤 인터페이스(ACS Applied Materials and Interfaces)’ 2월호에 게재됐다.

화학연 이영국 원장은 "이 기술은 값싼 고굴절 고분자 소재와 광열 염료를 이용해 자가치유가 가능한 렌즈 소재를 합성하는 플랫폼 기술"이라며 "자율주행 자동차 센서뿐만 아니라 안경이나 카메라 등 다양한 응용 분야에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.