KR101876687B1 - 오브젝트의 체적을 측정하는 장치, 이를 포함하는 측정 시스템, 및 그의 제조방법 - Google Patents

오브젝트의 체적을 측정하는 장치, 이를 포함하는 측정 시스템, 및 그의 제조방법 Download PDF

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이현주
김미경
이성우
국건
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한국과학기술원
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    • G01F22/00—Methods or apparatus for measuring volume of fluids or fluent solid material, not otherwise provided for

Abstract

오브젝트의 체적을 측정하는 장치, 이를 포함하는 측정 시스템, 및 그의 제조방법이 개시된다. 일 실시예에 따른 오브젝트의 체적을 측정하는 장치는 제1 전극, 제2 전극, 및 일단이 상기 제2 전극에 고정되어 있고, 타단이 상기 체적의 변화에 따라 상기 제1 전극에 접촉하는 복수 개의 접촉 전극을 포함한다.

Description

오브젝트의 체적을 측정하는 장치, 이를 포함하는 측정 시스템, 및 그의 제조방법{APPARATUS OF MEASURING VOLUME OF OBJECT, SYSTEM COMPRISING APPARATUS OF MEASURING VOLUME OF OBJECT, AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}
아래 실시예들은 오브젝트의 체적을 측정하는 장치, 이를 포함하는 측정 시스템, 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
빈번하게 체적(volume)이 변하는 오브젝트의 체적을 실시간으로 측정하기 위한 기술이 요구되고 있다. 예를 들어, 오브젝트는 인체의 경우 심장, 폐, 신장, 또는 방광이 될 수 있다. 이때, 신장 또는 방광과 같은 작은 조직들은 그 체적의 측정에 있어서 극도의 정밀함이 요구된다.
기존의 오브젝트의 체적을 측정하는 기술로는 오브젝트 대부분의 면적을 덮어서 측정하는 방식 등이 존재한다. 하지만, 오브젝트를 덮어서 체적을 측정하는 방식의 경우, 오브젝트의 체적의 변화에 따라 뒤덮은 센서로 인한 응력(stress)이 증가할 수 있다. 또한, 오브젝트의 체적을 연속적으로 측정하는 방식의 경우, 장기간 구동할 경우에 센서 자체의 변형 또는 드리프트(drift) 문제로 인해 정확한 체적을 측정하기 어렵다.
따라서, 오브젝트에 불필요한 힘을 가하지 않으면서 동시에 정확히 체적을 측정하는 기술이 필요하다.
실시예들은 오브젝트에 국소적으로 부착되어 체적을 정밀하게 측정하는 장치에 관한 기술을 제공할 수 있다.
또한, 실시예들은 오브젝트의 영률(Young's modulus)과 유사한 영률의 구성을 사용하여 오브젝트에 가해지는 응력(stress)을 최소화하는 기술을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 체적 측정 장치는 제1 전극, 제2 전극, 및 일단이 상기 제2 전극에 고정되어 있고, 타단이 상기 체적의 변화에 따라 상기 제1 전극에 접촉(contact)하는 복수 개의 접촉 전극을 포함한다.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 서로 평행할 수 있다.
상기 복수 개의 접촉 전극은, 서로 길이가 상이하여 상기 체적의 변화에 따라 상기 제1 전극에 단계적으로 접촉할 수 있다.
상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 및 상기 복수 개의 접촉 전극은, 상기 오브젝트의 영률(Young's modulus)과 동일한 영률의 성분으로 구현될 수 있다.
상기 성분은, PEDOT:PSS 및 PAAm을 포함할 수 있다.
상기 성분은, Alginate/PAAm을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 체적 측정 시스템에 있어서, 체적 측정 장치, 및 상기 체적 측정 장치의 임피던스(impedance)를 계산하는 신호 검출기를 포함하고, 상기 체적 측정 장치는, 제1 전극과, 상기 제1 전극과 평행하게 위치한 제2 전극과, 일단이 상기 제2 전극에 고정되어 있고, 타단이 상기 체적의 변화에 따라 상기 제1 전극에 접촉(contact)하는 복수 개의 접촉 전극을 포함한다.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 서로 평행할 수 있다.
상기 복수 개의 접촉 전극은, 서로 길이가 상이하여 상기 체적의 변화에 따라 상기 제1 전극에 단계적으로 접촉할 수 있다.
상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 및 상기 복수 개의 접촉 전극은, 상기 오브젝트의 영률(Young's modulus)과 동일한 영률의 성분으로 구현될 수 있다.
상기 성분은, PEDOT:PSS 및 PAAm을 포함할 수 있다.
상기 성분은, Alginate/PAAm을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 체적 측정 장치의 제조 방법은 탈이온수(deionized(DI) water)에 아가로오스(Agarose)를 혼합하여 제1 용액을 생성하는 단계와, 상기 제1 용액에 염화구리(Ⅱ) 이수화물(copper(Ⅱ) chloride dihydrate(CuCl22H2O)) 및 피롤(pyrrole)를 혼합하여 제2 용액을 생성하는 단계와, 금형(mold) 처리된 기판(substrate)에 상기 제2 용액을 채우는 단계와, 상기 기판으로부터 상기 금형을 제거하는 단계를 포함한다.
상기 금형은, 테프론 금형(Teflon mold)으로 구현될 수 있다.
상기 기판은, PDMS 기판(Polydimethylsiloxane substrate)으로 구현될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 체적 측정 장치의 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 체적 측정 장치의 구조도의 일 예를 나타낸다.
도 3은 일 실시예에 따른 체적 측정 시스템의 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시된 체적 측정 시스템의 구조도의 일 예를 나타낸다.
도 5는 일 실시예에 따른 체적 측정 장치의 제조 방법의 순서도를 나타낸다.
도 6a는 도 5에 따른 체적 측정 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6b는 도 5에 따른 체적 측정 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 체적 측정 장치를 실제로 구현한 일 예를 나타낸다.
도 8은 도 7에 도시된 체적 측정 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 7에 도시된 체적 측정 장치가 오브젝트의 체적을 측정한 결과를 나타낸다.
도 10은 체적 측정 장치의 성능을 설명하기 위한 도면의 일 예이다.
도 11은 체적 측정 장치의 성능을 설명하기 위한 도면의 다른 예이다.
도 12는 체적 측정 장치의 성능을 설명하기 위한 도면의 다른 예이다.
도 13은 체적 측정 장치의 성능을 설명하기 위한 도면의 다른 예이다.
도 14a는 체적 측정 장치의 길이에 따른 성능을 설명하기 위한 도면이다.
도 14b는 체적 측정 장치의 길이에 따른 성능을 설명하기 위한 도면이다.
도 14c는 체적 측정 장치의 길이에 따른 성능을 설명하기 위한 도면이다.
도 14d는 체적 측정 장치의 길이에 따른 성능을 설명하기 위한 도면이다.
도 14e는 체적 측정 장치의 길이에 따른 성능을 설명하기 위한 도면이다.
도 15a는 체적 측정 장치의 길이에 따른 성능을 설명하기 위한 도면이다.
도 15b는 체적 측정 장치의 길이에 따른 성능을 설명하기 위한 도면이다.
도 15c는 체적 측정 장치의 길이에 따른 성능을 설명하기 위한 도면이다.
도 15d는 체적 측정 장치의 길이에 따른 성능을 설명하기 위한 도면이다.
도 15e는 체적 측정 장치의 길이에 따른 성능을 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어” 있다거나 “직접 접속되어” 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 “~사이에”와 “바로~사이에” 또는 “~에 직접 이웃하는” 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일 실시예에 따른 체적 측정 장치의 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 체적 측정 장치(200)는 오브젝트(object; 100)의 체적(volume)을 측정할 수 있다. 즉, 체적 측정 장치(200)는 센서(sensor)일 수 있다.
오브젝트(100)는 빈번하게 부피가 변화하는 물체일 수 있다. 예를 들어, 체적 측정 장치(200)가 의료용으로 사용되는 경우, 오브젝트(100)는 심장, 폐, 신장, 또는 방광 등일 수 있다.
체적 측정 장치(200)가 방광의 체적을 측정하는 데 사용되는 경우, 환자들의 배뇨 질환 치료법 등에 응용될 수 있다. 예를 들어, 체적 측정 장치(200)는 요실금 환자들의 치료 방법인 AMS 800 Urinary Control System과 결합할 수 있다. 이때, 체적 측정 장치(200)가 오브젝트(100, 예를 들어 방광)의 체적을 측정하면, AMS 800 Urinary Control System은 체적에 따라 요도에 가해지는 압력을 조절할 수 있다. 이에, 요실금 환자들의 삶의 질을 향상시킬 수 있다.
체적 측정 장치(200)는 오브젝트(100)에 국소적으로 부착되어 체적을 측정할 수 있다. 체적 측정 장치(200)는 오브젝트(100)의 체적의 변화에 따라 형태 또는 모양 등이 변할 수 있다. 체적 측정 장치(200)는 변화된 형태 또는 모양 등에 기초하여 오브젝트(100)의 체적을 측정할 수 있다.
예를 들어, 체적 측정 장치(200)는 오브젝트(100)의 체적의 변화에 따라 단계적으로 접촉하는 복수 개의 전극들(electrodes)을 포함할 수 있다. 즉, 복수 개의 전극들은 서로 길이가 상이할 수 있다.
오브젝트(100)의 체적이 변화함에 따라, 체적 측정 장치(200)의 임피던스(impedance)가 변화할 수 있다. 체적 측정 장치(200)는 임피던스에 기초하여 오브젝트(100)의 체적을 측정할 수 있다.
체적 측정 장치(200)는 오브젝트(100)의 영률(Young's modulus)과 유사하거나 또는 동일한 영률의 성분으로 구현될 수 있다. 이에, 체적 측정 장치(200)는 오브젝트(100)의 체적의 변화에 적응적으로 정밀하게 체적을 측정할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 체적 측정 장치의 구조도의 일 예를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 체적 측정 장치(200)의 제1 전극(210)과, 제2 전극(220), 및 복수 개의 접촉 전극들(231, 232, 및 233)을 포함한다.
체적 측정 장치(200)는 변형된 사다리(ladder)의 형태일 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(210) 및 제2 전극(220)은 서로 평행할 수 있다. 또한, 복수 개의 접촉 전극들(231, 232, 및 233)의 일단은 제2 전극(220)에 고정되어 있고, 타단은 제1 전극(210)과 일정한 거리만큼 떨어져있을 수 있다.
복수 개의 접촉 전극들(231, 232, 및 233)의 타단이 제1 전극(210)과 떨어진 거리는 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 접촉 전극(231)은 gap 1의 거리만큼, 제2 접촉 전극(232)은 gap 2의 거리만큼, 제3 접촉 전극(233)은 gap 3의 거리만큼 제1 전극(210)과 떨어져있을 수 있다.
체적 측정 장치(200)는 오브젝트(100)의 체적의 변화에 따라 형태 또는 모양 등이 변할 수 있다. 체적 측정 장치(200)는 변화된 형태 또는 모양 등에 기초하여 오브젝트(100)의 체적을 측정할 수 있다.
예를 들어, 오브젝트(100)의 체적이 점점 줄어들 경우, 복수 개의 접촉 전극들(231, 232, 및 233)이 제1 전극(210)에 단계적을 접촉할 수 있다. 오브젝트(100)의 체적이 늘어나면서, 처음에는 제3 접촉 전극(233)이 제1 전극(210)에 접촉하고, 그 다음에는 제2 접촉 전극(232)이 제1 전극(210)에 접촉하고, 마지막으로 제1 접촉 전극(231)이 제1 전극(210)에 접촉할 수 있다.
복수 개의 접촉 전극들(231, 232, 및 233)이 단계적으로 제1 전극(210)에 접촉함에 따라, 체적 측정 장치(200)의 임피던스가 변화할 수 있다. 체적 측정 장치(200)는 임피던스에 기초하여 오브젝트(100)의 체적을 측정할 수 있다.
체적 측정 장치(200)는 오브젝트(100)의 영률과 유사하거나 또는 동일한 영률의 성분으로 구현될 수 있다. 이에, 체적 측정 장치(200)는 오브젝트(100)의 체적의 변화에 적응적으로 정밀하게 체적을 측정할 수 있다. 또한, 체적 측정 장치(200)의 변화에도 오브젝트(100)에 가해지는 응력(stress)이 최소화될 수 있다.
일 예로, 체적 측정 장치(200)는 PEDOT:PSS 및 PAAm을 포함할 수 있다. PAAm은 poly(acrylamide)이고, PEDOT:PSS은 poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/poly(styrenesulfonate)를 의미할 수 있다. 즉, 체적 측정 장치(200)는 PEDOT:PSS-PAAm 겔(gel)을 포함할 수 있다. PEDOT:PSS-PAAm 겔은 스트레쳐블(stretchable)한 특성을 가질 수 있다. 사용자는 PEDOT:PSS의 중량 퍼센트(weight percent(wt%))를 제어하여 체적 측정 장치(200)의 영률을 조절할 수 있다. 예를 들어, 5.49%의 농도에서 체적 측정 장치(200)의 영률은 약 47 kPa일 수 있다. 겔은 오르가노겔(organogel)일 수 있다.
다른 예로, 체적 측정 장치(200)는 Alginate/PAAm을 포함할 수 있다. PAAm은 poly(acrylamide)를 의미할 수 있다. 즉, 체적 측정 장치(200)는 Alginate/PAAm 겔을 포함할 수 있다. Alginate/PAAm 겔은 스트레쳐블(stretchable)한 특성을 가질 수 있다. 겔은 하이드로겔(hydrogel)일 수 있다. 사용자는 Alginate/PAAm의 조성을 제어하여 체적 측정 장치(200)의 영률을 조절할 수 있다. 체적 측정장치(200)가 스트레칭(stretching)될 때의 영률은 약 29 kPa일 수 있다.
도 2에서는 설명의 편의를 위해, 복수 개의 접촉 전극들이 3개로 구현되는 것으로 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 복수 개의 접촉 전극들은 복수 개로 구현될 수 있음은 자명하다.
도 3은 일 실시예에 따른 체적 측정 시스템의 동작을 설명하기 위한 블록도이고, 도 4는 도 3에 도시된 체적 측정 시스템의 구조도의 일 예를 나타낸다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 체적 측정 시스템(30)은 오브젝트(100)의 체적을 측정할 수 있다. 체적 측정 시스템(30)은 체적 측정 장치(300) 및 신호 검출기(400)를 포함한다.
도 3에 도시된 오브젝트(100) 및 체적 측정 장치(300)는 도 1에 도시된 오브젝트(100) 및 체적 측정 장치(200)와 구성 및 동작이 실질적으로 동일할 수 있다. 이에, 이에 대한 생략은 생략한다.
신호 검출기(400)는 체적 측정 장치(300)의 임피던스를 측정할 수 있다. 예를 들어, 체적 측정 장치(300)는 오브젝트(100)의 체적이 변화함에 따라 임피던스가 변화할 수 있다. 신호 검출기(400)는 변화하는 임피던스를 실시간으로 측정할 수 있다.
신호 검출기(400)는 검출선(430a 및 430b)을 사용하여 체적 측정 장치(300)로부터 신호를 획득할 수 있다. 검출선(430a 및 430b)은 전선으로 구현될 수 있다. 신호 검출기(400)는 획득한 신호에 기초하여 체적 측정 장치(300)의 임피던스를 계산할 수 있다. 신호 검출기(400)는 계산한 임피던스에 기초하여 오브젝트(100)의 체적을 계산할 수 있다.
제1 검출선(430a)은 제1 전극의 일부분(410)에 접촉하고, 제2 검출선(430b)은 제2 전극의 일부분(420)에 접촉할 수 있다.
도 4에서는 설명의 편의를 위해 검출선(430a 및 430b)이 각각 일부분(410 및 420)에 접촉하는 것으로 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 전극의 다른 부분, 제2 전극의 다른 부분에 접촉하여 임피던스를 측정할 수 있음은 자명하다.
도 5는 일 실시예에 따른 체적 측정 장치의 제조 방법의 순서도를 나타내고, 도 6a 및 도 6b는 도 5에 따른 체적 측정 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 6b를 참조하면, 체적 측정 장치(200)를 제조하기 위한 방법을 확인할 수 있다.
탈이온수(deionized(DI) water)에 아가로오스(Agarose)를 혼합하여 제1 용액(610)을 생성할 수 있다(510). 아가로오스는 2 wt%의 용액일 수 있다. 이때, 균일한 혼합을 위하여 고온에서 탈이온수와 아가로오스를 10분 정도 저으면서(stir) 혼합할 수 있다.
제1 용액(610)이 균일하게 섞인 경우, 온도를 낮출 수 있다. 예를 들어, 제1 용액(610)을 10분 정도 계속 저으면서 온도를 낮출 수 있다.
제1 용액(610)에 염화구리(Ⅱ) 이수화물(copper(Ⅱ) chloride dihydrate(CuCl22H2O)) 및 피롤(pyrrole)을 혼합하여 제2 용액(620)을 생성할 수 있다(520). 이때, 염화구리(Ⅱ) 이수화물(CuCl22H2O)는 산화제(oxidative agent)로서 사용될 수 있다. 피롤(pyrrole)은 중합 반응을 통해 전도성 고분자(conducting polymer)로서 사용될 수 있다.
염화구리(Ⅱ) 이수화물(CuCl22H2O)와 피롤(pyrrole)은 2:1의 농도비로 혼합할 수 있다. 예를 들어, 100 mM의 염화구리(Ⅱ) 이수화물(CuCl22H2O) 수용액을 사용하는 경우, 50 mM의 피롤(pyrrole) 수용액을 사용할 수 있다. 또한, 150 mM의 염화구리(Ⅱ) 이수화물(CuCl22H2O) 수용액을 사용하는 경우, 75 mM의 피롤(pyrrole) 수용액을 사용할 수 있다.
일 실시예에 따라, 제1 용액(610)에 염화구리(Ⅱ) 이수화물(CuCl22H2O)를 혼합하여 10분 동안 섞은 다음 피롤(pyrrole)을 혼합하여 10분 동안 섞어 제2 용액(620)을 생성할 수 있다.
금형(mold; 640) 처리된 기판(substrate; 630)에 제2 용액(620)을 채울 수 있다(530). 예를 들어, 기판(630)은 PDMS 기판(Polydimethylsiloxane substrate)으로 구현될 수 있다. 금형(640)은 테프론 금형(Teflon mold)으로 구현될 수 있다.
제2 용액(620)이 굳은 후, 기판(630)으로부터 금형(640)을 제거하여 체적 측정 장치(200)의 제조를 완료할 수 있다(540).
도 7은 체적 측정 장치를 실제로 구현한 일 예를 나타내고, 도 8은 도 7에 도시된 체적 측정 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 도 7에 도시된 체적 측정 장치가 오브젝트의 체적을 측정한 결과를 나타낸다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 체적 측정 장치(200)는 오브젝트(100)에 국소적으로 부착되어 체적을 측정할 수 있다. 이때, 오브젝트(100)는 돼지의 방광(pig's bladder)일 수 있다.
체적 측정 장치(200)는 제1 전극(210), 제2 전극(220), 및 네 개의 접촉 전극(234, 235, 236, 및 237)을 포함할 수 있다.
오브젝트(100)의 체적이 감소할수록, 체적 측정 장치(200)는 a, b, c, 및 d와 같이 변화할 수 있다. 체적 측정 장치(200)의 모양, 또는 형태가 a, b, c, 및 d로 변화할수록 체적 측정 장치(200)의 저항도 변화할 수 있다. 이를 정규화된 저항(normalized resistance)로 표현하면 도 8에 도시된 그래프와 같을 수 있다. 즉, 오브젝트(100)의 체적이 감소할수록, 체적 측정 장치(200)의 저항 값은 감소할 수 있다.
오브젝트(100)의 체적 변화에 따른 체적 측정 장치(200)의 임피던스 변화를 도시하면 도 9에 도시된 그래프와 같을 수 있다. 접촉 전극(234, 235, 236, 및 237)이 단계적으로 접촉하기 때문에, 도 8 및 도 9의 그래프는 계단 형식으로 나타날 수 있다. 이에, 체적 측정 장치(200)는 단계적으로 오브젝트(100)의 체적을 측정할 수 있다.
도 7 내지 도 9에서는 설명의 편의를 위해 접촉 전극(234, 235, 236, 및 237)이 네 개인 것으로 설명하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 전극(210)에 대한 갭(gap)이 서로 상이한 접촉 전극의 개수가 많아질수록 오브젝트(100)의 측정이 연속적으로(continuously) 수행될 수 있음은 자명하다. 즉, 연속적인 그래프 또한 도출될 수 있다. 접촉 전극의 개수 또는 제1 전극(210)과의 갭에 따라 사용자는 체적 측정 장치(200)의 오브젝트(100)에 대한 감지 구간을 다양하게 설정할 수 있다.
도 10은 체적 측정 장치의 성능을 설명하기 위한 도면의 일 예이다.
도 10을 참조하면, 일 실시예에 따른 체적 측정 장치(200)를 기존 기술과 비교할 수 있다. 기존 기술은 길이 변화에 기초하여 임피던스의 변화를 측정하였다. 즉, 기존 기술은 연속적(continuous)으로 오브젝트(100)의 체적을 측정한다.
도 10의 왼쪽 그래프를 참조하면, 기존 기술이 측정하는 임피던스 값과 기준 임피던스 값의 비율 변화를 확인할 수 있다. 기존 기술은 오브젝트(100)의 체적을 반복하여 측정할수록(사이클(cycle) 횟수를 증가시킬수록) 임피던스 값이 변화하는 것을 확인할 수 있다. 이는, 오브젝트(100)의 체적을 정확하게 측정하는 것에 어려움이 있다.
도 10의 오른쪽 그래프를 참조하면, 체적 측정 장치(200)가 측정하는 임피던스 값과 기준 임피던스 값의 비율의 변화를 확인할 수 있다. 즉, 체적 측정 장치(200)는 접촉의 개폐(on/off)를 기초로 하여 임피던스를 측정하므로, 측정을 반복하더라도(사이클(cycle) 횟수를 증가시키더라도) 변형 또는 드리프트(drift)에 강하여 거의 일정하게 임피던스 값을 측정함을 확인할 수 있다.
도 11은 체적 측정 장치의 성능을 설명하기 위한 도면의 다른 예이다.
도 11의 왼쪽 그래프를 참조하면, 체적 측정 장치(200)가 여러 번 반복하여 접촉되더라도, 접촉 위치가 거의 일정하게 유지됨을 확인할 수 있다. 이에, 체적 측정 장치(200)는 오브젝트(100)의 체적을 정확하게 측정할 수 있다.
도 11의 오른쪽 그래프를 참조하면, 체적 측정 장치(200)가 측정을 반복한 경우의 초기 저항 값을 기존 기술의 경우와 비교하여 확인할 수 있다. 기존 기술의 경우 측정을 반복할수록 장치가 변형, 드리프트, 또는 손상되어 초기 저항 값이 큰 폭으로 변화하는 것을 확인할 수 있다. 반면에, 체적 측정 장치(200)는 접촉의 개폐를 기초로 하여 임피던스를 측정하므로 변형 또는 드리프트에 강하여 초기 저항 값도 거의 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다.
도 12 및 도 13은 체적 측정 장치의 성능을 설명하기 위한 도면의 다른 예이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 체적 측정 장치(200)의 영률에 따라 오브젝트(100)에 미치는 응력이 상이함을 알 수 있다.
오브젝트(100)의 영률과 체적 측정 장치(200)의 영률이 동일 또는 유사한 경우는 도 12의 왼쪽에 도시된 바와 같을 수 있다. 이 경우, 체적 측정 장치(200)의 영률은 30kPa일 수 있다. 오브젝트(100)가 체적 측정 장치(200)와의 계면에서 경험하는 응력은 도 13의 왼쪽에 도시된 바와 같을 수 있다. 즉, 오브젝트(100)는 비교적 적은 응력을 느낄 수 있다.
오브젝트(100)의 영률과 체적 측정 장치(200)의 영률이 상이한 경우는 도 12의 오른쪽에 도시된 바와 같을 수 있다. 이 경우, 체적 측정 장치(200)의 영률은 1000kPa일 수 있다. 오브젝트(100)가 체적 측정 장치(200)와의 계면에서 경험하는 응력은 도 13의 오른쪽에 도시된 바와 같을 수 있다. 즉, 오브젝트(100)는 큰 응력을 느껴 변형될 수 있다.
도 14a 내지 도 15e는 체적 측정 장치의 길이에 따른 성능을 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로, 도 14a 내지 도 14e는 체적 측정 장치의 길이가 1mm인 경우의 성능을 설명하기 위한 도면이고, 도 15a 내지 도 15e는 체적 측정 장치의 길이가 10mm인 경우의 성능을 설명하기 위한 도면이다.
도 14a 내지 도 15e를 참조하면, 체적 측정 장치(1420 및 1520)의 길이에 따라 오브젝트(1410 및 1510)에 미치는 응력이 상이함을 알 수 있다. 체적 측정 장치(1420 및 1520)의 길이는 크기로 이해될 수 있다.
도 14a 내지 도 14e를 참조하면, 체적 측정 장치(1420)는 길이가 1mm이고, 오브젝트(1410)에 부착되어 체적을 측정할 수 있다. 오브젝트(1410)의 체적이 변화할수록 체적 측정 장치(1420)는 초기 체적 측정 장치(1420a)에서 변형된 체적 측정 장치(1420b)으로 변형될 수 있다.
이때, 체적 측정 장치(1420)에 미치는 응력은 도 14c 및 도 14d와 같을 수 있다. 도 14c 및 도 14d의 왼쪽의 변형된 체적 측정 장치(1420b)의 컬러(color)를 오른쪽의 스케일바(scale bar)를 대응시킴으로써 응력[N/m2]을 확인할 수 있다.
도 14e는 오브젝트(1410)와 체적 측정 장치(1420) 사이의 계면에서, 변형된 체적 측정 장치(1420b)가 느끼는 응력을 나타낸다. 즉, 오브젝트(1410) 및 변형된 체적 측정 장치(1420b)는 엣지(edge) 부분에서 약 2.2*104 [N/m2] 정도의 비교적 적은 응력을 느낄 수 있다.
도 15a 내지 도 15e를 참조하면, 체적 측정 장치(1520)는 길이가 10mm이고, 오브젝트(1510)에 부착되어 체적을 측정할 수 있다. 오브젝트(1510)의 체적이 변화할수록 체적 측정 장치(1520)는 초기 체적 측정 장치(1520a)에서 변형된 체적 측정 장치(1520b)으로 변형될 수 있다.
이때, 체적 측정 장치(1520)에 미치는 응력은 도 15c 및 도 15d와 같을 수 있다. 도 15c 및 도 15d의 왼쪽의 변형된 체적 측정 장치(1520b)의 컬러를 오른쪽의 스케일바를 대응시킴으로써 응력[N/m2]을 확인할 수 있다.
도 15e는 오브젝트(1510)와 체적 측정 장치(1520) 사이의 계면에서, 변형된 체적 측정 장치(1520b)가 느끼는 응력을 나타낸다. 즉, 오브젝트(1510) 및 변형된 체적 측정 장치(1520b)는 엣지 부분에서 약 3.0*104 [N/m2] 정도의 비교적 큰 응력을 느껴 변형될 수 있다.
체적 측정 장치(1420 및 1520)의 길이에 따라 오브젝트(1410 및 1510)가 계면에서 느끼는 응력의 크기[N]를 나타내면 표 1과 같을 수 있다.
Figure 112017113845284-pat00001
즉, 체적 측정 장치(1420 및 1520)의 크기(길이)가 작을수록(짧을수록) 오브젝트(1410 및 1510)에 가해지는 응력의 크기가 줄어들 수 있다. 이에, 체적 측정 장치(1420 및 1520)는 오브젝트(1410 및 1510)의 체적을 정확하게 측정할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (15)

  1. 오브젝트(object)에 부착되어 상기 오브젝트의 체적(volume)을 측정하기 위한 장치에 있어서,
    제1 전극;
    제2 전극; 및
    일단이 상기 제2 전극에 고정되어 있고, 타단이 상기 체적의 변화에 따라 상기 제1 전극에 접촉(contact)하는 복수 개의 접촉 전극
    을 포함하고,
    상기 복수 개의 접촉 전극은,
    서로 길이가 상이하여 상기 체적의 변화에 따라 상기 제1 전극에 단계적으로 접촉하는 체적 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 서로 평행한 체적 측정 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 및 상기 복수 개의 접촉 전극은,
    상기 오브젝트의 영률(Young's modulus)과 동일한 영률의 성분으로 구현되는 체적 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 성분은,
    PEDOT:PSS 및 PAAm을 포함하는 체적 측정 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 성분은,
    Alginate/PAAm을 포함하는 체적 측정 장치.
  7. 오브젝트(object)에 부착되어 상기 오브젝트의 체적(volume)을 측정하기 위한 시스템에 있어서,
    체적 측정 장치; 및
    상기 체적 측정 장치의 임피던스(impedance)를 계산하는 신호 검출기
    를 포함하고,
    상기 체적 측정 장치는,
    제1 전극;
    상기 제1 전극과 평행하게 위치한 제2 전극; 및
    일단이 상기 제2 전극에 고정되어 있고, 타단이 상기 체적의 변화에 따라 상기 제1 전극에 접촉(contact)하는 복수 개의 접촉 전극
    을 포함하고,
    상기 복수 개의 접촉 전극은,
    서로 길이가 상이하여 상기 체적의 변화에 따라 상기 제1 전극에 단계적으로 접촉하는 체적 측정 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 서로 평행한 체적 측정 시스템.
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 및 상기 복수 개의 접촉 전극은,
    상기 오브젝트의 영률(Young's modulus)과 동일한 영률의 성분으로 구현되는 체적 측정 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 성분은,
    PEDOT:PSS 및 PAAm을 포함하는 체적 측정 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 성분은,
    Alginate/PAAm을 포함하는 체적 측정 시스템.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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