빛만으로 식물의 건강 상태를 실시간 진단할 수 있는 초저전력 스마트 센서 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 실내외 조명만으로도 자가 구동이 가능해 차세대 스마트팜이나 환경안전 분야에 획기적인 전기를 마련할 것으로 기대된다.
한국기술교육대학교(KOREATECH, 이하 한기대)는 심영석 에너지신소재화학공학부 교수 연구팀(주저자 조윤행 석사과정생)이 이 같은 '광활성 기반 식물 건강 모니터링 플랫폼'을 구현했다고 13일 밝혔다.
이번 연구 성과는 세계적 권위의 학술지 '어드밴스드 사이언스'(Advanced Science) 11월 온라인판에 게재됐다.
연구팀이 개발한 센서는 외부 열 공급 없이 자연광만으로 구동된다. 3차원 다공성 이산화티타늄(TiO2) 나노구조를 정밀하게 제작해 빛의 확산과 흡수를 극대화한 새로운 광활성 구조체를 구현했다.
그 결과 200일 이상 안정적으로 작동하는 초저전력 특성을 입증했다. 계절이나 날씨 변화 같은 극한 환경에서도 높은 감도와 선택성을 유지했으며, 1000조분의 1(ppq) 수준인 66.3 ppq의 검출 한계와 5% 미만의 낮은 변동 계수를 달성해 현장 적용에 필요한 정밀도와 안정성을 모두 확보했다.
연구팀은 실제 식물 잎에 이 센서를 부착하는 실험도 성공적으로 마쳤다. 자연광을 이용해 식물 폐사를 유발하는 유해인자인 이산화질소(NO2) 변화를 정밀하게 추적했다. 감지된 데이터는 스마트폰과 스마트워치로 실시간 전송돼, 원격으로 식물 건강 상태를 모니터링할 수 있는 가능성을 제시했다.
심 교수는 "이번 연구는 광활성 나노구조를 활용해 열에너지 없이도 작동하는 식물 통합형 스마트 센서를 구현한 최초의 사례"라면서 "실내외 광 환경에서 장기간 안정적으로 작동하는 이 기술이 차세대 스마트팜과 환경안전 분야에 새로운 가능성을 열 것"이라고 말했다.
