기계적 힘센서에 있어 가장 중요한 요인은 측정 민감도라고 할 수 있다. 민감도를 증가시키기 위해 생체모사, 미소 전자 기계 시스템 (MEMS) 등의 방식을 이용하여 구현하고자 노력해왔다. 특히, 더핑(Duffing) 공진과 같은 비선형 현상을 이용한 민감도 증가에 관한 연구를 진행해 왔으나, 주어진 힘에 의한 일회적 전이현상이나 센서의 측정 민감도 제한, 측정된 힘의 방향성을 분석 한계 등을 지니고 있었다.
서울대 물리천문학부 제원호/안상민 교수 연구팀은 자체 개발한 수정진동자 기반 원자힘 현미경과 기계적 당김장치를 이용해 제작된 수정 탐침이 혼용된 계를 이용하여 탐침 끝을 표면에 고정/버클링시키고, 측면으로 움직일 경우 발생되는 분기점에서의 잡음 증대 및 비선형 현상을 이용하여 고민감도 힘측정 센서로 응용을 실증하였다. 보통의 선형 센서의 특성과는 다르게 분기점(bifurcation point)에 도달할 경우 매우 급격히 증가하는 현상을 발견하였고, 이 상태에서 외부에서 주어지는 매우 작은 힘, 즉 진원지로부터 오는 수직이나 수평으로 흔들리는 각각의 초기 섭동을 고민감도, 재현성, 내구성을 유지한 채 정확히 구별하여 측정하였다.
본 연구는 지진계 센서와 같은 실제적인 응용에의 기여뿐만 아니라 분기점에서의 비선형 현상의 새로운 모델로서 심도 깊은 연구 자원을 제공할 것으로 예측된다. 이 연구는 과학기술정보통신부, 교육과학기술부/한국연구재단의 리더연구자 과제 프로그램의 지원으로 이뤄졌다.