한기대 심영석 교수팀, 빛으로 작동하는 ‘식물 건강 스마트 센서’ 개발

한국기술교육대학교(총장 유길상) 에너지신소재화학공학부 심영석 교수 연구팀(주저자 조윤행 석사과정생)이 빛으로 작동하는 스마트 센서를 개발해 식물의 호흡 환경과 건강 상태를 실시간으로 진단할 수 있는 광활성 기반 식물 건강 모니터링 플랫폼을 구현했다.

이번 연구 성과는 독일 Wiley-VCH에서 발간하는 세계적 권위의 학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’ 11월 온라인판에 게재됐다. 

논문 제목은 ‘Scalable Photoactive NO₂‐Sensing Framework for Plant Health Monitoring’이다.

심 교수 연구팀은 3차원 다공성 이산화티타늄(TiO₂) 나노구조를 정밀 제작해 빛의 확산과 결함 유도형 흡수를 극대화한 새로운 광활성 구조체를 구현했다. 

이를 통해 외부 열 공급 없이도 자연광만으로 구동되는 식물 통합형 스마트 센서 플랫폼을 개발했으며, 200일 이상 안정적으로 작동하는 초저전력 성능을 입증했다.

개발된 센서는 계절·날씨 변화 등 극한 환경에서도 높은 감도와 선택성을 유지했으며, 66.3피피큐(ppq, 1000조분의 1) 수준의 검출 한계와 5% 미만의 변동 계수를 달성해 현장 적용에 필요한 정밀도와 안정성을 확보했다.

특히 실제 식물 잎에 센서를 부착한 실험에서 자연광만으로 식물 폐사 유해인자인 이산화질소(NO₂)의 변화를 정밀하게 추적했으며, 감지된 데이터는 스마트폰·스마트워치 등 모바일 기기로 실시간 전송되어 식물 건강 상태를 원격 모니터링할 수 있는 기술적 가능성을 보여줬다.

심영석 교수는 “이번 연구는 광활성 나노구조를 이용해 열에너지 없이 작동하는 식물 통합형 스마트 센서를 구현한 최초의 사례”라며 “실내외 광 환경에서도 장기간 안정적으로 작동하는 초저전력 센서 기술로, 차세대 스마트팜과 환경안전 분야에 새로운 가능성을 열었다”고 말했다.