KR100935053B1

KR100935053B1 - 인조피부

Info

Publication number: KR100935053B1
Application number: KR1020070073777A
Authority: KR
Inventors: 전병옥
Original assignee: 전병옥
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2007-07-20
Publication date: 2009-12-31
Also published as: KR20090009675A

Abstract

본 발명은 인조피부에 관한 것으로, 특히, 일정한 온도가 유지되고 신축성과 쿠션이 부여되어 인체의 피부조직과 유사한 촉감과 기능이 수행되도록 한 인조피부를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에 따른 인조피부는, 인조피부에 있어서, 신축성을 갖도록 형성된 소정 두께의 표피층; 상기 표피층의 저부에 형성되고, 인가되는 전원에 의해 표피층을 소정 온도로 가열되도록 하는 발열수단을 구비한 내피층을 포함하고, 상기 표피층의 저부에 배치되고 신축성 고분자물질에 의해 작은 직경을 갖는 원통형의 튜브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 신축성과 쿠션을 갖는 재질에 의해 표피층 및 내피층이 형성되므로 인체와 유사한 쿠션과 촉감을 갖은 인조피부를 구현할 수 있고, 신축성을 갖는 발열수단과 도전성이 내장되므로 관절부위와 같이 반복적인 움직임이 요구되는 부위에 적용하게 되더라도 원활한 동작이 가능하고 내구성이 향상된다.

그리고, 인조피부가 외부 자극에 따라 인체와 같이 돌출되거나 수축되므로 인간에 가까운 인조인간이나 로봇을 구현할 수 있고, 인조피부에 발열기능과 다양한 제어기능이 부여되어 인체의 피부와 유사한 온도를 갖게 되므로 인체의 보조기구나, 로봇에 적용할 경우 사용자나 타인에게 친근감과 만족감을 줄 수 있다.

인조피부, 신축성, 발열수단, 도전선, 형상기억합금 선재

Description

인조피부 {ARTIFICIAL SKIN}

본 발명은 인조피부에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인체의 손상 및 훼손된 피부조직을 대체하거나 로봇 등에 이식할 수 있는 인조피부에 관한 것이다.

일반적으로, 인체의 피부조직이 손상되면 그 재생에는 상당한 시간이 소요되므로 손상된 피부를 일시적으로 막을 수 있는 인조피부가 안출되었다.

그러나, 이러한 인조피부는 손상된 피부를 일시적으로 차단한 후 일정 기간이 경과한 후 제거하는 얇은 밴드 정도의 인조피부이므로, 피부조직의 손상 정도가 크거나 피부가 영구적으로 훼손된 경우에는 적용할 수 없었다.

이에 따라, 근래에는 콜라겐을 추출하여 형성한 인조피부가 제시되고 있고, 이를 이용하여 인간의 피부와 유사한 인조피부를 개발하기 위한 다양한 연구개발 활동이 이루어지고 있다.

하지만, 이러한 바이오 방식에 의한 인조피부는 여전히 국소적인 피부손상이나 치료을 보완하는 용도에만 제한적으로 이용되고 있는 실정에 있다.

한편, 사회가 고도화 되고 현대화됨에 따라 인간의 생활환경에는 다양한 로봇들이 사용되고 있고, 최근에는 인간과 유사한 인간형 로봇을 구현하기 위한 노력 들이 가시화되고 있다. 이와 같은 연구결과로서 로봇의 지능은 높아지고 있고 움직임이나 구동방식 또한 인간에 가깝게 되었다.

그러나, 인간형 로봇의 피부조직은, 장난감 등에 적용되도록 합성수지나 실리콘 등에 의해 제조된 인조피부가 사용되고 있는 실정에 있다. 이러한 인조피부는 신축성이 낮아 로봇의 관절부위와 같이 반복적인 움직임이 요구되는 부위에 적용될 경우 원활한 동작이 불가능하고 내구성이 현저히 저하된다. 또한 촉감이나 외관이 불량하여 상품성이 저하되는 문제점이 있었다.

특히, 종래의 인조피부는 발열기능이나 온도의 제어기능이 없으므로 그 표면온도는 항상 외기 온도에 의존하여 결정된다. 즉 동절기에는 차갑고 하절기에는 미지근한 수준의 온도를 갖게 되므로, 이와 같은 인조피부를 의족이나 의수 와 같은 인체의 보조기구에 적용할 경우 체온과의 차이로 인해 착용감이 떨어지고 사용자나 타인에게 불쾌감과 혐오감을 준다. 또한, 로봇의 피부로 적용할 경우에도 사용자나 타인에게 불쾌감과 혐오감이 유발되어 상품성이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로, 일정한 온도가 유지되고 신축성과 쿠션이 부여되어 인체의 피부조직과 유사한 촉감과 기능이 수행되도록 한 인조피부를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 인체에 이식되어 인체의 변화에 감응하고 인체 통신이 가능한 인조피부를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 인조피부는, 신축성을 갖도록 형성된 소정 두께의 표피층; 상기 표피층의 저부에 형성되고, 인가되는 전원에 의해 표피층을 소정 온도로 가열되도록 하는 발열수단을 구비한 내피층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 발열수단은, 신축성을 갖도록 코일 형태로 감겨져 소정 경로로 배치되는 발열선일 수 있다.

여기서, 신축성을 갖도록 코일 형태로 감겨져 소정 경로로 배치되는 도전선을 구비할 수 있다.

상기 도전선상에 하단이 접속되어 상기 표피층의 상면으로 노출되도록 전기전도성을 갖는 미세선이 매설될 수 있다.

상기 표피층의 표면상에는 접촉시에 부압에 의해 흡착력을 발생시키는 다수의 흡착구가 형성될 수 있다.

상기 표피층을 향하도록 상기 도전선상에 설치되어 냉기 또는 온기를 방출하는 복수의 열전소자를 더 포함할 수 있다.

상기 표피층의 상면으로 노출되도록 매설되는 다수의 광섬유; 및 상기 광섬유측으로 조사되는 광이 발광되도록 매설되어 상기 도전선상에 접속되는 램프를 포함할 수 있다.

한편, 상기 표피층의 저부에 배치되고 신축성 고분자물질에 의해 형성된 미세구조의 튜브를 포함할 수 있다.

상기 튜브에는 액체 또는 비활성가스 중에서 어느 하나가 투입될 수 있다.

상기 튜브에는 전기전도성을 갖는 나노입자를 포함할 수 있다.

상기 튜브의 내부에는 신축성을 갖도록 코일 형태로 감김된 도전선이 배치될 수 있다.

상기 튜브는 소경 튜브의 외주부에 대경의 튜브를 삽입하는 방식으로 다층 구조로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 내피층은 도전성 폴리머상에 고분자 미세입자가 포함되어 성형될 수 있다.

상기 표피층에는 금속나노입자와 이산화티탄(Tio2)이 코팅될 수 있다.

상기 표피층의 표면에는 양각 및 음각으로 피부문양이 형성될 수 있다.

상기 표피층의 표면에는 소정 형상을 갖는 홀부를 형성하고, 이 홀부에는 외부로의 투시가 가능하도록 투명한 소재로 형성된 필름층이 형성될 수 있다.

한편, 상기 표피층은 도전선 나노입자가 코팅된 신축성 직물지와, 이 직물지의 표면에 코팅되는 신축성 고분자 폴리머층을 포함할 수 있다.

상기 표피층은 신축성 선재에 의해 그물망으로 형성된 직물지를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 표피층은, 콜라겐 필름, 재생 콜라겐 섬유, 알파겔(alphagel), 신축성 실리콘수지(silicone resin), 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레트탈레이트 또는 이들의 공중합체 중에서 어느 하나로 선택되어 형성될 수 있다.

그리고, 인조피부는, 상기 발열수단에 전원을 공급하기 위한 전원부; 상기 표피층의 온도를 감지하는 온도센서; 및 상기 온도센서로부터 감지되는 신호에 따라 상기 표피층의 온도가 설정된 온도가 되도록 발열수단으로 인가되는 전원을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 표피층에 인가되는 압력을 감지하여 제어부에 인가함으로써 상기 발열수단을 제어하도록 하는 압력센서를 더 포함할 수 있다.

상기 인조피부가 설치되는 인체로부터 전달되는 신호 및 발열수단의 표피층 온도신호를 이동통신망을 통해 타 단말기와 통신하는 무선 통신부를 포함할 수 있다.

한편, 상기 인조피부의 내부에는 소정 변태온도를 가지는 형상기억합금 선재가 내설된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 형상기억합금 선재를 다수 개로 구성하여 소정 간격으로 배치하되, 길이가 긴 형상기억합금 선재를 기준으로 인접되는 상하방향 또는 좌우방향으로 점차적으로 길이가 짧은 형상기억합금 선재를 배치하여 소정 변태온도에서 만곡되는 돌출부를 형성하도록 될 수 있다.

상기 인조피부에 소정 형상과 깊이를 갖는 요입홈부가 형성되도록 상기 표피층 및 상기 내피층을 만곡 형성하고, 상기 표피층의 저부에 형상기억합금 선재를 다수 개로 구성하여 소정 간격으로 배치하되, 소정 변태온도에서 상기 요입홈부가 수축되도록 구성될 수 있다.

그리고, 상기 형상기억합금 선재는 신축성을 갖도록 주름지게 형성될 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 인조피부에 의하면, 신축성과 쿠션을 갖는 재질에 의해 표피층 및 내피층이 형성되므로 인체와 유사한 쿠션과 촉감을 갖은 인조피부를 구현할 수 있고, 신축성을 갖는 발열수단과 도전성이 내장되므로 관절부위와 같이 반복적인 움직임이 요구되는 부위에 적용하게 되더라도 원활한 동작이 가능하고 내구성이 향상된 인조인간이나 로봇을 구현할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 인조피부가 외부 자극에 따라 인체와 같이 돌출되거나 수축되므로 인간에 가까운 인조인간이나 로봇을 구현할 수 있다.

특히, 인조피부에 발열기능과 다양한 제어기능이 부여되어 인체의 피부와 유사한 온도를 갖게 되므로 인체의 보조기구나, 로봇에 적용할 경우 사용자나 타인에게 친근감과 만족감을 향상시키는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도1 내지 도13c에 의거하여 상세히 설명하고, 도1 내지 도13c에 있어서 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조번호를 부여한다. 한편 각 도면에서 일반적인 기술로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 도시하였다.

첨부도면 도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 인조피부를 나타내는 분리사시도로서, 이에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 인조피부는 신축성을 갖도록 형성된 소정 두께의 표피층(110)과, 상기 표피층(110)의 저부에 형성되고, 인가되는 전 원에 의해 표피층(110)을 소정 온도로 가열되도록 하는 발열수단(130)을 구비한 내피층(120)을 포함한다.

상기 표피층(110)은, 콜라겐 겔을 압출하여 건조한 콜라겐 필름이나 재생콜라겐 섬유로 형성할 수 있다. 재생콜라켄 섬유는 소의 상피로부터 추출한 성분에 의해 형성할 수 있다. 예컨대 대한민국 특허출원 제10-2003-7006203호의 '재생콜라겐 섬유의 제조방법 및 세정방법' 에 제시된 방법으로 제조할 수 있을 것이다.

그리고, 표피층(110)은 고탄성 특성을 갖고 완충효과가 뛰어나며, 촉감이 피부에 가까운 알파겔(alphagel)이나, 신축성 실리콘수지(silicone resin), 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레트탈레이트 또는 이들의 공중합체 중에서 어느 하나가 선택되어 형성될 수 있다.

또한, 표피층(110)에는 금속나노입자 또는 이산화티탄(Tio2)이 코팅되어 항균 및 살균이 부여되도록 구성할 수 있다. 즉, 금속나노입자로서 금(Au) 또는 은(Ag)과 같은 나노입자가 코팅되는 경우에는 해당 성분이 갖는 살균작용으로 자체적인 살균효과가 발휘되고, 이산화티탄이 코팅된 경우에는 자외선의 조사시에 살균작용을 수행하게 된다.

상기 발열수단(130)은, 신축성을 갖도록 코일 형태로 감겨져 소정 경로로 배치되는 발열선으로 구성된다. 예컨대, 발열선은 카본섬유사의 집합체로 이루어지고, 이 카본섬유사의 외주면에는 필요에 따라 절연층을 형성할 수 있다.

바람직하게, 발열선은 합성섬유사에 카본섬유사를 혼사하여 직조한다.

그리고 내피층(120)에는 신축성을 갖도록 코일 형태로 감겨져 소정 경로로 배치되는 도전선(140)을 구비할 수 있다. 도전선(140)은 도1의 확대부에 도시된 바와 같이 신축성 재질로 형성된 내선(142)상에 코일 형태로 전기전도성을 갖는 선재(144)가 감김되어 형성됨으로써 내선(142)을 포함하는 도전선(140)이 전체적으로 신축성을 갖게 된다.

그 외에도 상기 발열수단(130)과 도전선(140)은 본 출원인에 의해 선출원되어 등록된 대한민국 특허등록 제10-0663328호에 제시된 바와 같은 구조로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 내피층(120)은 전술한 표피층(110)과 동일한 재질로 형성하거나, 실리콘 기반의 재료 또는 바이오 방식으로 배양된 유기재료로 구성할 수 있다.

한편, 상기와 같이 구성된 인조피부는 발열수단(130)에 의해 발열기능이 부여됨으로써, 인체와 유사한 온도를 유지할 수 있게 되어 로봇, 의족이나 의수와 같은 인체의 보조기구, 또는 인형에 적용할 경우 사용자나 타인과의 접촉시에 불쾌감이 방지되므로 친근감을 주게 된다.

도2a 및 도2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 인조피부의 변형예를 나타내는 사시도로서, 도2a에 도시된 바와 같이 상기 도전선(140)상에 하단이 접속되어 상기 표피층(110)의 상면으로 노출되도록 전기전도성을 갖는 미세선(150)이 매설되도록 한다.

이와 같은 인조피부의 변형예에 따르면, 미세선(150)에 의해 인체의 피부와 유사한 체모를 표현할 수 있으므로 더욱 사실적인 인조피부의 구현이 가능하고, 이 미세선(150)에 센서와 같은 전기소자를 접속하여 다양한 기능을 구현할 수 있을 것 이다.

그리고, 상기 표피층의 표면상에는 접촉시에 부압에 의해 흡착력을 발생시키는 다수의 흡착구(117)가 형성될 수 있다. 이러한, 흡착구(117)는 도2b에 도시된 바와 같이 가압력이 작용될 경우 내측으로 수축 및 변형되면서 흡착력이 작용되도록 표피층의 표면상으로 돌출되도록 형성하는 것이 바람직하지만, 이에 제한되는 것은 아니며 예컨대 표피층의 내부로 요입되게 형성할 수도 있을 것이다.

또한, 이와 같이 표피층에 흡착구조가 마련된 인조피부는, 인체 보조기구, 인조인간, 및 로봇에서 흡착력이 요구되는 부위나 큰 충격 흡수력이 요구되는 부위에 이식하여 촉감과 사용감이 뛰어난 인조피부를 구현할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 인조피부의 제2 실시예 내지 제10 실시예를 설명하되, 제1 실시예에 나타난 구성과 동일하거나, 제1 실시예에 나타난 구성 중에서 선택적으로 적용할 수 있는 부분에 관해서는 상세한 설명을 생략한다.

도3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 인조피부를 나타내는 분리사시도로서, 이에 도시된 바와 같이 표피층(110)과, 도전선을 갖는 내피층(120)이 구비된 인조피부에 있어서, 상기 표피층(110)을 향하도록 상기 도전선(140)상에 설치되어 냉기 또는 온기를 방출하는 복수의 열전소자(160)를 더 포함한다.

상기 열전소자(160)는 열전반도체로 구성되는 공지의 모듈에서 그 크기를 최소화하여 구성할 수 있고, 전원공급 방향의 변환을 통해 냉각면 및 발열면을 교번적으로 변경하여 표피층(110)을 가열 또는 냉각시킬 수 있지만, 본 실시예에서는 전원공급 방향을 표피층(110)이 가열되도록 구성한다. 열전소자(160)의 전원 연결선으로서 구성되는 도전선(140)은 나선형상으로 배치하여 표피층(110) 및 내피층(120)의 신축시에 신축되면서 원활한 전원공급이 가능하도록 구성된다.

도4a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 인조피부를 나타내는 분리사시도이고, 도4b 내지 도4d는 본 발명의 제3 실시예에 따른 인조피부에 적용되는 튜브의 다른 예들을 나타내는 사시도이다.

도4a에 도시된 바와 같이 제3 실시예에 따른 인조피부는, 표피층(110) 및 내피층(120)이 구비된 인조피부에 있어서, 상기 표피층(110)의 저부에 배치되고 신축성 고분자물질에 의해 형성된 미세한 튜브(170)를 구비한다.

튜브(170)는, 전기전도성과 신축성, 및 열 전도성을 갖는 재질로 형성된다. 예컨대, 실리콘수지(silicone resin)로 형성되거나, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 이들의 공중합체로 형성될 수 있다.

그리고, 튜브(170)에는 도4b에 도시된 바와 같이 전기전도성을 갖도록 도전성 고분자물질(172)의 용액과 섬유형성 폴리머가 혼합된 형태로서, 이에 적용되는 도전성고분자물질의 용액은 예컨대 수용성 폴리아닐린용액 또는 수용성 폴리머용액에 금속나노입자, 금속산화물, 금속산화물입자를 혼합한 것이고, 섬유형성 폴리머는 실리콘수지(silicone resin), 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 이들의 공중합체로 구성될 수 있다.

이러한, 튜브(170)의 내부에는 액체 또는 비활성가스 중에서 어느 하나가 투입될 수 있다. 예컨대, 상기 튜브(170) 내부에 액체를 투입하여 유동되도록 하게 되면 인조피부상에 인체의 혈관을 표현할 수 있다. 또한, 튜브(170)에 전원을 공급하여 튜브 내부에 수용된 액체를 가열하도록 함으로써 표피층(110)을 가온하는 기능 또한 수행할 수 있을 것이다.

도4c에 도시된 바와 같이, 튜브(170)의 내부에 신축성을 갖도록 코일 형태의 도전선(140)을 배치하여 구성할 수도 있다. 이 경우, 전원을 공급하는 도전선이 튜브 내부에 구비되므로, 튜브는 전기전도성을 갖도록 형성할 필요가 없을 것이다.

도4d에 도시된 바와 같이, 튜브(170)를 구성함에 있어, 소경 튜브의 외주부에 대경의 튜브를 삽입하는 방식으로 다층 구조로 형성할 수 있다.

이와 같이 다층 구조로 형성된 튜브(170)는 각 튜브의 내부 공간이 기밀적으로 서로 분리되므로, 분리된 각 관통홀의 내부에 발열선이나 발열선에 의해 가열되는 액체를 서로 구분하여 투입할 수 있다.

도5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 인조피부를 나타내는 분리사시도로서, 표피층(110)과 내피층(120)을 구비한 인조피부에 있어서, 상기 내피층(120)은 도전성 폴리머상에 고분자 미세입자(180) 또는 미세볼이 포함되어 성형된다.

상기 고분자 미세입자(180)는 다수의 미세입자들이 서로 접촉되어 전원의 공급시에 저항에 의해 가열되므로 발열수단으로서 기능을 수행하게 된다. 이때, 고분자 미세입자로는 탄소섬유분말과 같은 것들이 적용될 수 있을 것이다.

그리고, 상기 고분자 미세입자(180)를 금속나노입자로 형성하여 전기전도성을 갖도록 구성할 수도 있다.

도6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 인조피부를 나타내는 사시도로서, 이에 도시된 바와 같이 표피층(110)과 내피층(120)을 구비한 인조피부에 있어, 상기 표피층(110)의 상면으로 노출되도록 매설되는 다수의 광섬유(190)와, 광을 발광시켜 상기 광섬유측으로 조사되도록 매설되는 램프(210)를 포함할 수 있다.

이와 같이 표피층(110)에 광섬유(190)가 매설되는 경우에는 램프(210)의 점등으로 다채롭고 화려한 광이 조사되는 인조피부를 구현할 수 있다.

도7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 인조피부를 나타내는 사시도로서, 이에 도시된 바와 같이 표피층(110)과 내피층(120)을 구비한 인조피부에 있어, 상기 표피층(110)의 표면에는 양각 및 음각으로 피부문양(113)이 형성될 수 있다.

이러한, 피부문양(113)은 인체의 피부면 세포조직에 나타나는 다양한 형태의 문양으로 구성될 수 있다. 즉, 지문, 손금, 주름 등의 형태로 형성됨으로써, 보다 사실적인 인조피부의 구현이 가능하게 된다.

도8은 본 발명의 제7 실시예에 따른 인조피부를 나타내는 사시도로서, 이에 도시된 바와 같이 표피층(110)과 내피층(120)을 구비한 인조피부에 있어, 상기 표피층(110)의 표면에는 소정 형상을 갖는 홀부를 형성하고, 이 홀부에는 외부로의 투시가 가능하도록 투명한 소재로 형성된 필름층(220)이 형성될 수 있다.

상기 필름층(220)은 인조피부에 의해 인조인간이나 로봇에 피부를 형성하는 과정에서 안구 부분의 구현을 가능하게 한다. 즉, 상기 필름층(220)을 콘텍트 렌즈에 적용되는 연질 실리콘 하이드로켈(silicone-hydrogel)과 같은 실리콘 기반의 재질로 형성한 투명필름으로 형성하고, 그 내부에 렌즈나 인조안구를 설치하여 안구 부분을 구성할 수 있다.

도9 및 도10은 본 발명에 따른 인조피부에 적용할 수 있는 표피층의 구조를 설명하기 위한 도면으로서, 도9에 도시된 바와 같이, 표피층(110)과 내피층(120)을 구비한 인조피부에 있어, 상기 표피층(110)은 도전전 나노입자가 코팅된 신축성 직물지(230)와, 이 직물지(230)의 표면에 코팅되는 신축성 고분자 폴리머층을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 신축성 직물지(230)는 신축성을 갖도록 형성된 신축성 선재 또는 스판텍스이거나 이들을 혼사하여 직물지 형태로 직조한 것이 적용될 수 있다. 이때, 신축성 선재는 합성섬유사에 카본섬유사를 혼사하여 직조한 형태나, 도1의 확대부에 도시된 바와 같이 신축성을 갖는 내선상에 발열선이나 도전선이 감김되도록 한 것이 적용될 수 있다.

그리고, 도10에 도시된 바와 같이 표피층(110)에 적용되는 직물지를 신축성 선재에 의해 그물망 구조로 직조된 직물지(240)로 구성함으로써, 보다 신축성을 배가시킬 수 있다.

도11은 본 발명의 제8 실시예에 따른 인조피부를 나타내는 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이 표피층(110)과 내피층(120)을 구비한 인조피부에 있어, 인조피부의 내부에 설치되는 발열수단(130)에 전원을 공급하기 위한 전원부(310), 상기 표피층(110)의 온도를 감지하는 온도센서(320), 및 상기 온도센서(320)로부터 감지신호를 인가받아 표피층(110)의 온도가 기 설정된 온도가 되도록 발열수단(130)으로 인가되는 전원을 제어하는 제어부(330)를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 표피층(110)에 인가되는 압력을 감지하여 제어부(330)에 인가 함으로써 상기 발열수단(130)을 제어하도록 하는 압력센서(340)를 더 포함할 수 있다. 즉, 인조피부의 표피층에 외부로부터 가압력이 작용될 경우, 압력센서(340)가 이를 감지하여 제어부(330)에 인가하게 되고, 제어부(330)는 발열수단구동부(350)를 제어하여 발열수단(130)측으로 전원부(310)의 전원이 통전되도록 한다.

이러한, 압력센서(340)의 설치구조는 예컨대, 후술되는 도14에 나타난 구조와 유사한 구조로 설치될 수 있다.

한편, 상기 인조피부에는 이동통신망을 통해 타 단말기와 통신하는 무선 통신부(360)를 더 포함할 수 있다. 이 무선 통신부(360)는 공지의 무선통신모듈을 최소화하여 표피층(110)과 내피층(120) 사이에 개재되도록 구성하거나, 내피층(120)의 내부에 매입하는 형태로 설치할 수 있다.

이와 같이 설치된 무선 통신부(360)는, 인체로부터 전달되는 신호나 및 발열수단(130)에 의해 가열된 표피층(110) 온도와 같은 인조피부의 데이터를 전송함으로써 이러한 인조피부가 설치되는 인조인간이나 로봇의 다양한 제어 용도로 사용할 수 있을 것이다.

그리고, 상기 무선 통신부(360)를 이용하여 인체로부터 전달되는 전기적 신호를 복원함으로써 데이터의 송수신이 가능하다. 이러한 기술은 최근에 연구 개발되고 있는 인체통신을 기반으로 하는 것으로, 즉 인체는 물을 주성분으로 하고 있어 전기신호의 전달이 가능하고, 이러한 특성을 이용하여 인체의 세포조직과 미세한 신축성 도전선을 서로 접촉시킴으로써 인체통신이 가능하게 된다.

도12a는 본 발명의 제9 실시예에 따른 인조피부를 나타내는 사시도, 도12b 및 도12c는 본 발명의 제9 실시예에 따른 인조피부의 작용을 설명하기 위한 도12a의 A-A선 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이 표피층(110)과 내피층(120)을 구비한 인조피부에 있어, 상기 인조피부의 내부에는 소정 변태온도를 가지는 형상기억합금 선재(250)가 내설된다.

상기 형상기억합금 선재(250)를 다수 개로 구성하여 소정 간격으로 배치하되, 길이가 긴 형상기억합금 선재(250)를 기준으로 인접되는 상하방향 또는 좌우방향으로 점차적으로 길이가 짧은 형상기억합금 선재를 배치하여 소정 변태온도에서 만곡되는 돌출부(111)를 형성하도록 한다.

이와 같이, 인조피부의 내부에 형상기억합금 선재(250)를 배열하게 되면 인조인간이나 로봇의 몸체 중에서 둔부나 가슴과 같은 돌출부를 용이하게 형성할 수 있다.

예컨대, 도12b에 도시된 바와 같이 인조피부를 어느 정도 돌출되도록 형성한 상태에서 그 내부에 종방향 및 횡방향으로 형상기억합금 선재(250)를 배열하되, 돌출부(111)의 중심부측에 길이가 긴 형상기억합금 선재(250)을 배열하고, 인접 위치에는 점차적으로 길이가 짧은 형상기억합금 선재(250)를 배열한다. 그리고 배열되는 형상기억합금 선재(250)는 신축성을 고려하여 주름지게 형성하고, 변태온도를 대략 20 ∼ 25℃로 설정한다.

한편, 이와 같이 구성된 인조피부가 발열수단(130)에 의해 인체온도와 유사한 온도인 변태온도 이상으로 가열되면, 형상기억합금 선재(250)가 팽창되면서 도 11c에 도시된 바와 같이 돌출부의 크기 및 높이가 확장된다.

도13a는 본 발명의 제9 실시예에 따른 인조피부의 변형예를 나타내는 사시도, 도13b 및 도13c는 본 발명의 제9 실시예에 따른 인조피부의 변형예에 따른 작용을 설명하기 위한 도면이다.

도13a에 도시된 바와 같이 형상기억합금 선재를 구비한 인조피부에 있어, 소정 형상과 깊이를 갖는 요입홈부(112)가 형성되도록 표피층(110) 및 내피층(120)을 만곡 형성하고, 상기 표피층(110)의 저부에 형상기억합금 선재(250)를 다수 개로 구성하여 소정 간격으로 배치하되, 소정 변태온도에서 상기 요입홈부(112)가 수축되도록 구성한다.

즉, 'U' 자 형상을 갖도록 형성한 다수 개의 형상기억합금 선재(250)를 요입홈부(112)를 감싸도록 배치한다. 그리고 배열되는 형상기억합금 선재(250)는 신축성을 고려하여 주름지게 형성하고, 변태온도를 대략 20 ∼ 25℃로 설정한다.

한편, 이와 같이 구성된 인조피부가 발열수단(130)에 의해 인체온도와 유사한 온도인 변태온도 이상으로 가열되면, 형상기억합금 선재(250)가 팽창되면서 도13b에 도시된 형태로 벌어져 있던 요입홈부(112)가 도13c에 도시된 바와 같이 내측으로 모아지듯이 수축된다.

한편, 도14는 본 발명의 제9 실시예에 따른 인조피부의 세부구조를 설명하기 위한 도12b 및 도13a의 A 및 B부 확대 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이 인조피부는 표피층(110)과 내피층(120)으로 형성되어 있고, 내피층(120)에는 다수의 발열수단(130)과, 도전선(140)이 매설되어 있으며, 상기 도전선상에는 인조피부의 온도를 감지하기 위한 온도센서(320)와, 표피층(110)에 인가되는 압력을 감지하는 압력 센서(340)가 접속되어 있다.

아울러, 상기 내피층(120)에는 인조피부의 돌출부(111) 또는 요입홈부(112)을 팽창하거나 수축시키는 형상기억합금 선재(250)가 내설되어 있다.

이러한 구조의 인조피부에 의하면, 접촉시에 가해지는 압력으로 압력센서(340)의 신호가 제어부(330)에 전달되면, 이 제어부(330)의 제어하에 발열수단(130)에 전원이 통전되어 인조피부가 인체와 유사한 온도로 가열되어 사용자나 타인이 체온을 느낄 수 있으므로 친근감을 가지게 되고, 또한, 인조피부의 가열로 인해 형상기억합금 선재(250)가 변태된다. 즉 인체와 같이 외부 자극에 의해 인조피부가 팽창되거나 수축되므로 인체와 극히 유사한 인조인간이나 로봇, 또는 의료보조기구를 구현할 수 있다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인조피부를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 인조피부를 나타내는 분리사시도,

도2a 및 도2b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 인조피부의 변형예를 나타내는 사시도,

도3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 인조피부를 나타내는 분리사시도

도4a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 인조피부를 나타내는 분리사시도,

도4b 내지 도4d는 본 발명의 제3 실시예에 따른 인조피부에 적용되는 튜브의 다른예들을 나타내는 사시도,

도5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 인조피부를 나타내는 분리사시도,

도6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 인조피부를 나타내는 사시도,

도7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 인조피부를 나타내는 사시도,

도8은 본 발명의 제7 실시예에 따른 인조피부를 나타내는 사시도,

도9 및 도10은 본 발명에 따른 인조피부에 적용할 수 있는 표피층의 구조를 설명하기 위한 도면,

도11은 본 발명의 제8 실시예에 따른 인조피부를 나타내는 블록도,

도12a는 본 발명의 제9 실시예에 따른 인조피부를 나타내는 사시도,

도12b 및 도12c는 본 발명의 제9 실시예에 따른 인조피부의 작용을 설명하기 위한 도12a의 A-A선 단면도,

도13a는 본 발명의 제9 실시예에 따른 인조피부의 변형예를 나타내는 사시도,

도13b 및 도13c는 본 발명의 제9 실시예에 따른 인조피부의 변형예에 따른 작용을 설명하기 위한 도면,

도14는 본 발명의 제9 실시예에 따른 인조피부의 세부구조를 설명하기 위한 도12b 및 도13a의 A 및 B부 확대 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

110:표피층, 111:돌출부,

112:요입홈부, 113:피부문양,

120:내피층, 130:발열수단,

140:도전선, 150:미세선,

160:열전소자 170:튜브,

180:고분자 미세입자, 190:광섬유,

210:램프, 220:필름층,

230,240:직물지, 250:형상기억합금 선재

310:전원부, 320:온도센서,

330:제어부, 340:압력센서,

350:발열수단구동부, 360:무선 통신부.

Claims

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인조피부에 있어서,

신축성을 갖도록 형성된 소정 두께의 표피층;

상기 표피층의 저부에 형성되고, 인가되는 전원에 의해 표피층을 소정 온도로 가열되도록 하는 발열수단을 구비한 내피층을 포함하고,

상기 표피층의 저부에 배치되고 신축성 고분자물질에 의해 작은 직경을 갖는 원통형의 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 인조피부.
제8항에 있어서,

상기 튜브에는 액체 또는 비활성가스 중에서 어느 하나가 투입되는 것을 특징으로 하는 인조피부.
제8항에 있어서,

상기 튜브에는 전기전도성을 갖는 나노입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 인조피부.
제8항에 있어서,

상기 튜브의 내부에는 신축성을 갖도록 코일 형태로 감김된 도전선이 배치되는 것을 특징으로 하는 인조피부.
제8항에 있어서,

상기 튜브는 소경 튜브의 외주부에 대경의 튜브를 삽입하는 방식으로 다층구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 인조피부.
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제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 인조피부의 내부에는 소정 변태온도를 가지는 형상기억합금 선재가 내설된 것을 특징으로 하는 인조피부.
제23항에 있어서,

상기 형상기억합금 선재를 다수 개로 구성하여 소정 간격으로 배치하되, 길이가 긴 형상기억합금 선재를 기준으로 인접되는 상하방향 또는 좌우방향으로 점차적으로 길이가 짧은 형상기억합금 선재를 배치하여 소정 변태온도에서 만곡되는 돌출부를 형성하도록 된 것을 특징으로 하는 인조피부.
제23항에 있어서,

상기 인조피부에 소정 형상과 깊이를 갖는 요입홈부가 형성되도록 상기 표피층 및 상기 내피층을 만곡 형성하고, 상기 표피층의 저부에 형상기억합금 선재를 다수 개로 구성하여 소정 간격으로 배치하되, 소정 변태온도에서 상기 요입홈부가 수축되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 인조피부.
제23항에 있어서,

상기 형상기억합금 선재는 신축성을 갖도록 주름지게 형성되는 것을 특징으로 하는 인조피부.