파충류 피부 모사 가역 고인장성 감지 센서를 통한 근육 동적 감지
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본 연구에서는 파충류가 갖는 피부 조직의 신축성과 표면 감지 특성을 모사하여 반도체 및 전도성 polymer(CoP:conductive polymer)와 같은 유기 또는 무기 나노구조를 이용한 다기능 가역 인장성 센서 시스템을 개발한다.목표로 하는 센서 감지체의 성능은 변형률(strain),자외선 및 가시광선 감지와 같은 다기능성을 통하여 검증한다.개발된 센서칩을 집적하여 10×10 인장성 센서 배열로 구현하며 인체에 부착하여 인체 근육의 특징적 움직임을 감지하는 인터페이스 및 학습 알고리즘을 개발한다.다음과 같은 성능 지표를 최종 목표로 제시한다.● 센서 소재 가역 인장성:최대 50%까지● 변형률 감지:gauge factor(△R/Ro)/ε>10(R:저항,ε:변형률)● 자외선 감지 특성:감지도 1.0 A/W 이상,감지속도 10 s 이하
● 유연기판 기반 웨어러블 전자소자는 전자피부,유연 로봇 및 디스플레이,헬스 모니터링 및 에너지 하베스팅 분야와 같이 다양한 응용 분야를 통하여 연구되고 있으나,그 기능성의 한계로 인하여 새로운 돌파구가 필요한 상황이다.대부분의 관련 연구들은 인체 기관이나 기구 부착 시 인장성(Stretchability)의 부족으로 활동을 제약하며,단일 감지 기능으로 인해 실제 응용에는 제한적이었다.따라서 인체의 피부나 기구와 접촉 시 자유롭게 인장되며 다양한 기능을 수행하는 고성능 감각 센서 개발이 요구된다.● 본 연구에서는 파충류와 같이 이동 중 자유롭게 수축 인장하면서도 견고함과 동시에 먹이감과 환경을 감지하는 생체 특성과 피부 감각 구조를 모사한 나노 구조 기반 센서 개발을 주요 내용으로 한다.이를 위하여 신축성과 표면 감지 특성을 모사하여 유무기 나노구조를 이용한 다기능 가역 인장성 센서 소자를 개발한다.● 목표로 하는 센서 소재의 성능은 변형률(strain),자외선 감지와 같은 기능성을 통하여 검증한다.감지 재료의 대상물질 중 유력한 PANI(Polyaniline)는 전도성 polymer(CoP:Conductive polymer)로서 뛰어난 인장성과 화학적 안정성을 가지면서 근 상온에서 spin 또는 spray 방식 등의 간단하고 저렴한 공정 방식으로 손쉽게 NW(nanowire)와 같은 나노 구조를 형성할 수 있으며,두 가지 상이한 센서 구조로써 수직형 NW CoP 구조와 수평형 NW CoP 구조를 통하여 연구 개발한다.● 제작된 센서 소재의 인장률,변형률 감지 특성,자외선 감지 특성,인체 기관 움직임 감지 특성과 같은 다양한 측면에서 성능 평가를 실시하여 분석한다.
● 개발된 센서소자 기술은 향후 나노구조 LED,Solar Cell,Photodetector,Bio/gas/chemical sensor 연구에 활용할 예정이며,인간 신체 부위에 실제 부착하여 Speech Recognition,생체신호 감지,손가락 움직임 등 신체부위를 이용한 Muscle Computer Interface 등 다양한 분야에 활용 가능성 및 성능을 실험할 예정이다.또한 인공 전자피부에 적용하여 센서의 다기능성과 인장성에 기반한 Array Sensor로 발전시켜 향후 유연 로봇이나 장애자에게 활용 가능한 전자피부 센서 개발로 전개할 예정이다.● 향후 관련 기대되는 응용분야로는 인공 전자피부,유연로봇 제어 센서,신체 이용 가상공간 제어 인터페이스,헬스케어,치료 및 약물투여 제어,스마트기기용 센서,뇌 조직 기능 연구 등 향후 4차 산업 관련 제반 분야의 핵심 사항인 지능형 센서 소자로 활용 가능하다.산업적으로는 2022년 IoT 센서시장 예측 규모 274억$,2021년 스마트기기 센서시장 175억$(출처:한화투자증권 리서치센터)등 다양한 차세대 센서 산업에 중추적 역할을 할 것으로 기대된다.