KR102026170B1 - 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자 - Google Patents

변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자 Download PDF

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Abstract

변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자가 개시된다. 일 실시 예에 있어서, 상기 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 내부에 제2구조물이 배치되는 관형의 제1구조물을 포함한다. 이 경우, 상기 제1구조물은 관형의 제1몸체 및 상기 제1몸체의 외면에 배치되는 제1전극을 포함한다. 상기 제2구조물은 상기 제1몸체의 내부에 배치되는 제2몸체 및 상기 제2몸체의 외면에 배치되는 제2전극을 포함한다. 상기 제1몸체의 내면의 적어도 일부분과 상기 제2전극의 적어도 일부분은 외력에 의하여 서로 접촉과 비접촉을 반복하여 마찰 전기에너지를 생성한다.
다른 실시 예에 있어서, 상기 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 내부에 제2구조물이 배치되는 관형의 복수의 제1구조물들을 직조하여 형성되는 직물을 포함한다. 이 경우, 상기 제1구조물은 관형의 제1몸체 및 상기 제1몸체의 외면에 배치되는 제1전극을 포함한다. 상기 제2구조물은 상기 제1몸체의 내부에 배치되는 제2몸체 및 상기 제2몸체의 외면에 배치되는 제2전극을 포함한다. 상기 제1몸체의 내면의 적어도 일부분과 상기 제2전극의 적어도 일부분은 상기 직물에 가해지는 외력에 의하여 서로 접촉과 비접촉을 반복하여 마찰 전기에너지를 생성한다. 상기 직물은 상기 복수의 제1구조물들 중 일부-이하 씨실부라 함-와 상기 복수의 제1구조물들 중 나머지 일부-이하 날실부라 함-를 서로 교차하여 직조된다.

Description

변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자{electrical energy harvester capable of measuring deformation and tactile force}
본 명세서는 대체로 전기에너지 수확소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 마찰전기를 이용한 전기에너지 수확소자에 관한 것으로 마찰전기를 통한 전기에너지 수확 이외에 커패시턴스의 변화, 저항값의 변화 등을 측정하여 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자에 관한 것이다.
본 연구는 미래창조과학부의 재원(과제번호 : 1711035244)으로 정보통신기술진흥센터로부터 지원(연구과제명 : 정보기기용 시스템반도체 핵심 설계 기술 개발 및 인력 양성)을 받아 수행되었습니다.
또한, 본 연구는 미래창조과학부의 재원(과제번호 : 1711039564)으로 한국연구재단으로부터 지원(연구과제명 : 다기능 스마트 섬유 및 이를 이용한 자가 발전 기반의 의복형 센서)을 받아 수행되었습니다.
최근 유비쿼터스 환경 영향 하에 휴대용 전자기기 기술의 비약적 발전에 반하여, 이를 구동하여 주는 전원공급 매체의 더딘 발전속도는 전원공급 기기의 지속적인 교체 필요성과 이에 따른 유지비용의 증가라는 문제를 야기시키며 문제로 지적되고 있다. 따라서 외부전원 또는 교환이 필요한 건전지 등의 사용 없이, 휴대용 전자기기 등에 영구적인 에너지를 공급하기 위하여 에너지 포집(Energy Harvesting) 기술이 필요하다.
휴대용 전자기기의 발달과 함께 wearable computer, smart wear 등과 같은 인간의 의복 또는 착용 가능한 전자기기에 대한 수요와 연구가 증가하고 있다. 인체의 움직임에서 발생되는 에너지를 이용한 에너지 포집 기술로 전자기기에 전원공급을 한다면 시간과 공간에 제약을 받지 않는 지속적 에너지 공급원으로서 기존의 전원공급 매체의 문제점을 해결 및 관련 분야의 기술발달에 기여할 수 있다. 또한 의복 또는 착용 가능한 에너지 수확 소자의 경우 착용성이 높고 무의식적인 에너지 수확이 가능하다는 장점이 있다.
마찰전기를 이용한 전기에너지 수확소자와 관련된 종래기술로는 대한민국공개특허 KR 10-2015-0027415 “직물 기반의 에너지 제너레이터”, 대한민국공개특허 KR 10-2015-0091366 “임펄스 발생기 및 발생기 세트” 등이 있다.
종래기술 중 전자는 서로 대향하여 이격되도록 즉, 나란히 마주보도록 배치되는 유연하고 신축성이 있는 직물구조 상에 배치된 제1 및 제2전극과 서로 이격되어 배치되며 제1전극의 상면 및 제2전극의 하면에 각각 배치되는 에너지 발생층을 통하여 외력에 의하여 에너지 발생층 사이에서 마찰이 발생하거나 접촉 및 분리현상이 주기적으로 발행할 때 전기에너지를 생성하는 발명이다.
종래기술 중 후자는 마찰에너지를 이용한 임펄스 발생기 및 발생기 세트로서, 제1전극 및 제2전극이 각각 배치되는 제1기판 및 제2기판을 연결하며, 이들 기판이 서로 마주보는 상태로 이격되게 분리하고 인가되는 외력이 사라진 경우 원래의 위치로 회복시키는 탄성연결부를 포함하는 발명이다. 이 경우, 절연물질은 제1전극 또는 제2전극 중 어느 한 전극의 표면에 배치되며, 외력이 인가되지 아니할 경우에 절연물질은 제1전극 또는 제2전극 중 나머지 한 전극과는 이격되는 구성을 취하는 발명으로 제1전극과 제2전극 양단에 외력이 인가되지 않는 예를 들면 진동이 발생하는 상황의 경우에는 전기에너지를 생성할 수 없는 발명이다.
이에 반하여 본 명세서에서 개시하는 기술은 관형의 제1구조물 내부에 제2구조물이 배치된 구조로서 외력이나 외부로부터 진동이 인가될 경우에 제2구조물의 전극과 제1구조물의 내면 사이에서 반복하여 발생하는 접촉과 비접촉 현상에 의하여 발생하는 마찰전기를 통하여 전기에너지를 생성하는 발명이다. 전기에너지의 생성원리는 일반적인 마찰전기에너지 생성원리를 따르나 기술구성에서는 종래기술들과 서로 차이가 있다. 또한, 본 명세서에서 개시하는 전기에너지 수확소자는 전기에너지 생성 이외에 전기에너지 수확소자의 변형을 측정할 수 있다는 점에서 종래기술과는 차이가 있다.
본 명세서에서는 내부에 제2구조물이 배치되는 관형의 제1구조물을 활용하여 제1구조물의 내면의 적어도 일부와 제2구조물 외면에 배치되는 제2전극 사이의 마찰전기를 통하여 전기에너지를 생성하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자 기술을 제시한다.
또한, 본 명세서에서는 제1변형감지센서를 통한 커패시턴스의 변화를 측정하거나, 제2변형감지센서를 통한 저항값의 변화를 측정함으로써 전기에너지 수확소자의 변형을 감지할 수 있는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자 기술을 제시한다.
일 실시 예에 있어서, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자가 개시(disclosure)된다. 상기 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 내부에 제2구조물이 배치되는 관형의 제1구조물을 포함한다. 이 경우, 상기 제1구조물은 관형의 제1몸체 및 상기 제1몸체의 외면에 배치되는 제1전극을 포함한다. 상기 제2구조물은 상기 제1몸체의 내부에 배치되는 제2몸체 및 상기 제2몸체의 외면에 배치되는 제2전극을 포함한다. 상기 제1몸체의 내면의 적어도 일부분과 상기 제2전극의 적어도 일부분은 외력에 의하여 서로 접촉과 비접촉을 반복하여 마찰 전기에너지를 생성한다.
한편, 일 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 상기 제1전극 및 상기 제2전극과 연결되는 제1변형감지센서를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1변형감지센서는 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이의 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 상기 제1구조물 또는 상기 제2구조물에 인가되는 상기 외력을 감지할 수 있다.
또 한편, 일 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 상기 제1전극과 접촉하는 제3전극과 제4전극 및 상기 제3전극과 상기 제4전극과 연결되는 제2변형감지센서를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제3전극과 상기 제4전극은 서로 소정의 간격으로 이격되어 상기 제1전극과 접촉할 수 있다. 상기 제2변형감지센서는 상기 외력에 의하여 상기 제1몸체의 내면의 상기 적어도 일부분과 상기 제2전극의 상기 적어도 일부분이 서로 접촉과 비접촉을 반복하는 과정에서 변형되는 상기 제1전극의 저항값 변화를 측정하여 상기 제1구조물의 변형을 감지할 수 있다.
또 한편, 일 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 상기 제2전극과 접촉하는 제5전극과 제6전극 및 상기 제5전극과 상기 제6전극과 연결되는 제2변형감지센서를 더 포함할 수 있다. 상기 제5전극과 상기 제6전극은 서로 소정의 간격으로 이격되어 상기 제2전극과 접촉할 수 있다. 상기 제2변형감지센서는 상기 제1몸체의 내면의 상기 적어도 일부분과 상기 제2전극의 상기 적어도 일부분이 서로 접촉과 비접촉을 반복하는 과정에서 변형되는 상기 제2전극의 저항값 변화를 측정하여 상기 제2구조물의 변형을 감지할 수 있다.
또 한편, 일 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 상기 제1전극 및 상기 제2전극과 전기적으로 연결되어 상기 마찰 전기에너지를 저장하는 저장회로를 더 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 있어서, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자가 개시된다. 상기 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 내부에 제2구조물이 배치되는 관형의 복수의 제1구조물들을 직조하여 형성되는 직물을 포함한다. 이 경우, 상기 제1구조물은 관형의 제1몸체 및 상기 제1몸체의 외면에 배치되는 제1전극을 포함한다. 상기 제2구조물은 상기 제1몸체의 내부에 배치되는 제2몸체 및 상기 제2몸체의 외면에 배치되는 제2전극을 포함한다. 상기 제1몸체의 내면의 적어도 일부분과 상기 제2전극의 적어도 일부분은 상기 직물에 가해지는 외력에 의하여 서로 접촉과 비접촉을 반복하여 마찰 전기에너지를 생성한다. 상기 직물은 상기 복수의 제1구조물들 중 일부-이하 씨실부라 함-와 상기 복수의 제1구조물들 중 나머지 일부-이하 날실부라 함-를 서로 교차하여 직조된다.
한편, 다른 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 상기 씨실부의 제1전극 및 제2전극과 연결되거나, 상기 날실부의 제1전극 및 제2전극과 연결되는 제1변형감지센서를 더 포함할 수 있다. 상기 제1변형감지센서는 상기 외력에 따른 상기 씨실부의 제1전극 및 제2전극 사이의 커패시턴스의 변화 또는 상기 날실부의 제1전극 및 제2전극 사이의 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 상기 직물에 인가되는 상기 외력을 감지할 수 있다.
또 한편, 다른 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 상기 씨실부의 제2전극 및 상기 날실부의 제2전극과 연결되는 제1변형감지센서를 더 포함할 수 있다. 상기 제1변형감지센서는 상기 외력에 따른 상기 씨실부의 제2전극 및 상기 날실부의 제2전극 사이의 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 상기 직물에 인가되는 상기 외력을 감지할 수 있다.
또 한편, 다른 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 상기 씨실부의 제1전극, 상기 날실부의 제1전극 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 표면에 배치되는 절연층을 더 포함할 수 있다. 상기 절연층은 상기 씨실부와 상기 날실부를 교차하여 상기 직물을 직조하는 과정에서 상기 씨실부의 제1전극과 상기 날실부의 제1전극이 서로 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
이 경우, 다른 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 상기 씨실부의 제1전극 및 상기 날실부의 제1전극과 연결되는 제1변형감지센서를 더 포함할 수 있다. 상기 제1변형감지센서는 상기 외력에 따른 상기 씨실부의 제1전극 및 상기 날실부의 제1전극 사이의 접촉면적의 변화에 따른 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 상기 직물에 인가되는 상기 외력을 감지할 수 있다.
또 한편, 다른 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 상기 씨실부의 제1전극과 접촉하거나, 상기 날실부의 제1전극과 접촉하는 제3전극과 제4전극 및 상기 제3전극과 상기 제4전극과 연결되는 제2변형감지센서를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제3전극과 상기 제4전극은 서로 소정의 간격으로 이격되어 상기 씨실부의 제1전극과 접촉하거나, 상기 날실부의 제1전극과 접촉할 수 있다. 상기 제2변형감지센서는 상기 직물에 가해지는 상기 외력에 의하여 변형되는 상기 씨실부의 제1전극 또는 상기 날실부의 제1전극의 저항값 변화를 측정하여 상기 직물의 변형을 감지할 수 있다.
또 한편, 다른 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 상기 씨실부의 제2전극과 접촉하거나, 상기 날실부의 제2전극과 접촉하는 제5전극과 제6전극 및 상기 제5전극과 상기 제6전극과 연결되는 제2변형감지센서를 더 포함할 수 있다. 상기 제5전극과 상기 제6전극은 서로 소정의 간격으로 이격되어 상기 씨실부의 제2전극과 접촉하거나, 상기 날실부의 제2전극과 접촉할 수 있다. 상기 제2변형감지센서는 상기 직물에 가해지는 상기 외력에 의하여 변형되는 상기 씨실부의 제2전극 또는 상기 날실부의 제2전극의 저항값 변화를 측정하여 상기 직물의 변형을 감지할 수 있다.
또 한편, 다른 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 상기 제1전극 및 상기 제2전극과 전기적으로 연결되어 상기 마찰 전기에너지를 저장하는 저장회로를 더 포함할 수 있다.
본 명세서에서 개시하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 내부에 제2구조물이 배치되는 관형의 제1구조물을 활용하여 제1구조물의 제1몸체의 내면의 적어도 일부와 제2구조물 외면에 배치되는 제2전극 사이의 마찰전기를 통하여 전기에너지를 생성할 수 있다. 즉, 본 명세서에서 개시하는 전기에너지 수확소자는 제1구조물 내부에 제2구조물을 배치하는 단순한 구조를 통하여 전기에너지를 생성할 수 있어 전기에너지 수확소자의 제조 과정을 단순화할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 개시하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 일반적인 직물 직조과정을 통하여 직조하여 직물을 형성할 수 있다. 직조된 직물은 실제 의복으로 사용 가능하여 신체의 착용성이 높고 착용자의 무의식적인 움직임으로부터 에너지 수확이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 본 명세서에서 개시하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 제1변형감지센서를 통한 커패시턴스의 변화를 측정하거나, 제2변형감지센서를 통한 저항값의 변화를 측정할 수 있다. 이를 통하여 본 명세서에서 개시하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자를 착용한 착용자의 움직임을 신체부위별로 실시간 진단, 분석 등이 가능하여 진단의학 등에서 환자의 움직임 진단 등에 활용될 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 명세서에서 개시하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자는 생성된 전기에너지를 저장회로에 저장한 후 활용하거나, 직접 활용하는 방식으로 제1변형감지센서, 제2변형감지센서 등을 포함하는 의복에 부착될 수 있는 전기기기의 전원으로 활용할 수 있어 자가발전형 생체진단 의복에 적용될 수 있다는 장점이 있다.
전술한 내용은 이후 보다 자세하게 기술되는 사항에 대해 간략화된 형태로 선택적인 개념만을 제공한다. 본 내용은 특허 청구 범위의 주요 특징 또는 필수적 특징을 한정하거나, 특허청구범위의 범위를 제한할 의도로 제공되는 것은 아니다.
도 1은 본 명세서에서 개시하는 일 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자의 개념도 및 마찰전기의 생성과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 명세서에서 개시하는 일 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자의 발전 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 명세서에서 개시하는 일 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자의 변형측정과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 명세서에서 개시하는 다른 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자의 개념도 및 변형측정과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 명세서에서 개시하는 다른 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자의 제작된 일례를 보여주는 도면이다.
이하, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하고 자 한다. 본문에서 달리 명시하지 않는 한, 도면의 유사한 참조번호들은 유사한 구성요소들을 나타낸다. 상세한 설명, 도면들 및 청구항들에서 상술하는 예시적인 실시 예들은 한정을 위한 것이 아니며, 다른 실시 예들이 이용될 수 있으며, 여기서 개시되는 기술의 사상이나 범주를 벗어나지 않는 한 다른 변경들도 가능하다. 당업자는 본 개시의 구성요소들, 즉 여기서 일반적으로 기술되고, 도면에 기재되는 구성요소들을 다양하게 다른 구성으로 배열, 구성, 결합, 도안할 수 있으며, 이것들의 모두는 명백하게 고안되어지며, 본 개시의 일부를 형성하고 있음을 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 도면에서 여러 층(또는 막), 영역 및 형상을 명확하게 표현하기 위하여 구성요소의 폭, 길이, 두께 또는 형상 등은 과장되어 표현될 수도 있다.
일 구성요소가 다른 구성요소 "에 배치" 이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접 배치되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.
일 구성요소가 다른 구성요소 "에 연결" 이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접 배치되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.
일 구성요소가 다른 구성요소 "에 접촉" 이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접 접촉되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.
일 구성요소가 다른 구성요소 "에 마찰" 이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접 마찰되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.
일 구성요소가 다른 구성요소 "에 교차" 이라고 언급되는 경우, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접 교차되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.
개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용된 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석 될 수 없다.
도 1은 본 명세서에서 개시하는 일 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자의 개념도 및 마찰전기의 생성과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 1의 (a)는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자의 개념도이며, (b)는 마찰전기의 생성과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 본 명세서에서 개시하는 일 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자의 발전 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 2의 (a)는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자의 개념도를 보여주며, (b) 내지 (d)는 각각 AA’선에 따른 밴딩(bending)된 모습, 스트레칭(stretching)된 모습 및 트위스팅(twisting)된 모습의 단면도를 보여주는 도면이다. 도 3은 본 명세서에서 개시하는 일 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자의 변형측정과정을 설명하기 위한 도면이다.
도면을 참조하면, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100)는 내부에 제2구조물(120)이 배치되는 관형의 제1구조물(110)을 포함한다. 몇몇 다른 실시 예들에 있어서, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100)는 선택적으로(optionally) 제1변형감지센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 또 다른 실시 예들에 있어서, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100)는 선택적으로 제2변형감지센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 또 다른 실시 예들에 있어서, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100)는 선택적으로 저장회로(미도시)를 더 포함할 수 있다.
도 1의 (a)를 참조하면, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100)는 내부에 제2구조물(120)이 배치되는 관형의 제1구조물(110)을 포함한다.
제1구조물(110)은 관형의 제1몸체(112) 및 제1몸체(112)의 외면에 배치되는 제1전극(114)을 포함한다.
제1몸체(112)는 유전체 또는 절연체로 제작될 수 있다. 또한, 제1몸체(112)는 유연성을 지니는 소재로 제작될 수도 있다. 또한, 제1몸체(112)는 신축성을 지니는 소재로 제작될 수도 있다. 일례로, 제1몸체(112)는 유연성과 신축성을 지니는 유전체 소재로 제작될 수 있다. 유연성과 신축성을 지니는 유전체 소재로서 실리콘(silicone)이 예로서 사용될 수 있다. 실리콘은 유연성과 신축성을 가지므로 외부에서 가해지는 외력에 대응하여 자유로운 팽창과 수축이 가능하여 외력에 대응하여 용이하게 변형되어 마찰전기를 생성할 수 있다.
제1전극(114)의 소재로는 다양한 전도성 재료가 사용될 수 있다. 상기 전도성 재료는 예로서 금속, 전도성 폴리머 등일 수 있다. 바람직하게는 제1전극(114)으로는 변형 동작에서 파손이 적으면서 저항의 변화가 큰 도전성 나노와이어, 도전성 나노입자, 도전성 나노튜브 등이 사용될 수 있으며, 이는 은나노선, 탄소나노선, 탄소튜브, 은나노와이어, 탄소 파우더 등을 포함한다.
도면에는 제1구조물(110)로서 단면이 원형인 원통형 관이 예로서 표현되어 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 제1구조물(110)은 다각형의 단면 형상을 가질 수도 있으며, 내부에 제2구조물(120)이 배치될 수 있는 한 형상에는 제한이 없다.
제2구조물(120)은 제1몸체(112)의 내부에 배치되는 제2몸체(122) 및 제2몸체(122)의 외면에 배치되는 제2전극(124)을 포함한다.
제2몸체(122)는 유전체 또는 절연체로 제작될 수 있다. 또한, 제2몸체(122)는 유연성을 지니는 소재로 제작될 수도 있다. 또한, 제2몸체(122)는 신축성을 지니는 소재로 제작될 수도 있다. 일례로, 제2몸체(122)는 유연성과 신축성을 지니는 유전체 소재로 제작될 수 있다. 유연성과 신축성을 지니는 유전체 소재로서 실리콘(silicone)이 예로서 사용될 수 있다. 실리콘은 유연성과 신축성을 가지므로 외부에서 가해지는 외력에 대응하여 자유로운 팽창과 수축이 가능하여 외력에 대응하여 용이하게 변형되어 마찰전기를 생성할 수 있다.
제2전극(124)의 소재로는 다양한 전도성 재료가 사용될 수 있다. 상기 전도성 재료는 예로서 금속, 전도성 폴리머 등일 수 있다. 바람직하게는 제2전극(124)으로는 변형 동작에서 파손이 적으면서 저항의 변화가 큰 도전성 나노와이어, 도전성 나노입자, 도전성 나노튜브 등이 사용될 수 있으며, 이는 은나노선, 탄소나노선, 탄소튜브, 은나노와이어, 탄소 파우더 등을 포함한다.
도면에는 제2구조물(120)로서 단면이 원형인 원통형 관이 예로서 표현되어 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 제2구조물(120)은 다각형의 단면 형상을 가질 수도 있으며, 속이 찬 솔리드(solid) 형상을 가질 수도 있다. 제1구조물(110)의 내부에 배치될 수 있는 한 제2구조물(120)의 형상에는 제한이 없다.
본 명세서에서 개시하는 전기에너지 수확소자(100)는 제1구조물(110)의 제1몸체(112)의 내면의 적어도 일부분과 제2구조물(120)의 제2전극(124)의 적어도 일부분이 외력에 의하여 서로 접촉과 비접촉을 반복할 때 생성되는 마찰 전기에너지를 통하여 전기에너지를 생성할 수 있다.
도 1의 (b)를 참조하여 마찰전기의 생성과정을 설명하기로 한다. 마찰전기는 서로 다른 마찰전기 극성을 가진 두 물질이 접촉하게 될 때 생성되는 전하이동에 의하여 생성된다. 이를 통하여 기계적 에너지로부터 전기에너지를 수확할 수 있다. 도 1의 (b)는 서로 대향하여 배치되는 하부 전극 기판(1st electrode)과 상부 전극 기판(2nd electrode) 중에서 하부 전극 기판에 레이어(layer)가 배치된 마찰전기 에너지 수확소자를 예로서 보여주고 있다. 도 1의 (b1)은 두 전극 기판이 접촉하기 전의 기본 상태이며, (b2)는 외력에 의하여 두 전극 기판이 접촉한 상황을 보여주고 있다. 이 경우, 전극 기판과 레이어 사이의 서로 다른 마찰전기 극성에 의하여 전극 기판에는 양의 전하가, 레이어에는 음의 전하가 유도될 수 있다. 물론 전극 기판의 소재와 레이어의 소재를 달리할 경우에 전극 기판에는 음의 전하가, 레이어에는 양의 전하가 유도될 수도 있다. 이하 설명의 편의상 전극 기판에 양의 전하가, 레이어에는 음의 전하가 유도되는 경우를 기준으로 설명하기로 한다. 도 1의 (b3)은 외력이 줄어들어 전극 기판과 레이어가 서로 이격되는 모습을 보여주고 있다. 이 경우, 상부 전극 기판이 하부 전극 기판보다 높은 전위를 가져 전하가 이동하게 되어 상부 전극 기판에서 하부 전극 기판으로 전류가 흐르게 된다. 도 1의 (b4)와 같이 양 기판이 서로 이격된 후 도 1의 (b5)와 같이 양 기판이 다시 서로 접촉하면 반대방향으로 전하가 이동하게 되어 하부 전극 기판에서 상부 전극 기판으로 전류가 흐르게 된다. 이를 통하여 마찰전기 에너지 수확소자는 외력의 반복적인 인가로부터 교류전기에너지를 생성할 수 있다.
이를 통하여 본 명세서에서 개시하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100)는 내부에 제2구조물(120)이 배치되는 관형의 제1구조물(110)을 활용하여 제1구조물(110)의 제1몸체(112) 내면의 적어도 일부와 제2구조물(120) 외면에 배치되는 제2전극(124) 사이의 마찰전기를 통하여 전기에너지를 생성할 수 있다. 즉, 본 명세서에서 개시하는 전기에너지 수확소자(100)는 제1구조물(110) 내부에 제2구조물(120)을 배치하는 단순한 구조를 통하여 전기에너지를 생성할 수 있어 전기에너지 수확소자의 제조 과정을 단순화할 수 있다.
이하 설명의 편의상 제1몸체(112) 및 제2몸체(122)로서 실리콘 튜브를, 제1전극(114) 및 제2전극(124)으로서 금속전극을 사용하고, 제2몸체(122)의 외경이 제1몸체(112)의 내경 보다 작은 경우를 활용하여 본 명세서에 개시하는 전기에너지 수확소자(100)를 설명하기로 한다. 이 경우, 외력에 의하여 제1몸체(112)의 내면과 제2전극(124)이 서로 접할 경우에 제2전극(124)에는 양의 전하가 대전되며, 제1몸체(112)의 내면에는 음의 전하가 대전될 수 있다. 이러한 설명이 본 명세서에서 개시하는 전기에너지 수확소자(100)의 권리범위를 제한할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다.
도 2를 참조하여 본 명세서에서 개시하는 일 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100)의 발전 과정을 설명하기로 한다. 도면에 도시된 바와 같이, 제2구조물(120)이 배치되는 제1구조물(110)의 내부는 소정의 공간을 가진다. 따라서 제2구조물(120)은 도 2의 (b) 내지 (d)에서 예로서 도시한 바와 같이 외력에 의하여 밴딩(bending), 스트레칭(stretching) 또는 트위스팅(twisting)되거나 이들 중 적어도 둘 이상이 동시에 진행되는 과정에서 제1구조물(110) 내부에서 자유롭게 움직일 수 있다. 이 과정에서 제1구조물(110)의 제1몸체(112)의 내면의 적어도 일부분과 제2구조물(120)의 제2전극(124)의 적어도 일부분은 서로 마찰하여 접촉하거나 마찰이 해제되어 비접촉되며, 이러한 과정은 외력의 인가여부에 따라 반복될 수 있다. 이러한 과정을 통하여 도 1의 (b)와 관련하여 상술한 바와 같이, 제1구조물(110)의 제1몸체(112)의 내면의 적어도 일부분과 제2구조물(120)의 제2전극(124)의 적어도 일부분 사이에서 마찰 전기에너지가 생성될 수 있다. 생성된 마찰 전기에너지는 후술하는 제1변형감지센서(미도시)나 제2변형감지센서(미도시)의 전원으로 직접 활용되거나 저장회로(미도시)에 저장된 후 상기 제1변형감지센서(미도시), 상기 제2변형감지센서(미도시), 본 명세서에서 개시하는 전기에너지 수확소자(100)가 채용된 의복 등에 장착되는 제어부, 무선 센서 네트워크 등과 같은 전자기기의 전원으로 활용될 수 있다.
도 3을 참조하여 제1변형감지센서(미도시), 제2변형감지센서(미도시)를 통한 본 명세서에서 개시하는 일 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100)의 변형측정과정을 설명하기로 한다.
제1변형감지센서(미도시)는 제1전극(114) 및 제2전극(124)과 연결될 수 있다. 상기 제1변형감지센서는 제1전극(114) 및 제2전극(124) 사이의 커패시턴스(capacitance)의 변화를 측정함으로써 제1구조물(110) 또는 제2구조물(120)에 인가되는 외력을 감지할 수 있다. 상기 외력은 예로서 손가락에 의하여 인가될 수 있다. 이를 감지함으로써 촉각을 감지할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 제1변형감지센서는 커패시턴스 측정센서일 수 있다. 커패시턴스는 다음의 수식으로 정의될 수 있다.
C=ε×S/d
여기서, C는 커패시턴스, ε는 유전율, S는 면적, d는 전극 사이의 거리이다.
상기 제1변형감지센서는 외력이 인가되기 전의 제1전극(114)과 제2전극(124) 사이의 커패시턴스인 C1과 외력에 의하여 변화한 제1전극(114)과 제2전극(124) 사이의 커패시턴스인 C1+△C1로부터 커패시턴스의 변화인 △C1을 측정하여 제1구조물(110) 또는 제2구조물(120)에 인가되는 외력을 감지할 수 있다.
커패시턴스 C는 제1전극(114)와 제2전극(124) 사이의 거리인 d와 서로 대향하는 제1전극(114)와 제2전극(124)의 면적에 의하여 정의되므로 커패시턴스 변화량인 △C를 측정함으로써 상기 제1변형감지센서는 외력에 따른 제1전극(114)와 제2전극(124) 사이의 거리인 d와 서로 대향하는 제1전극(114)와 제2전극(124)의 면적변화를 측정할 수 있고 이를 통하여 외력을 감지할 수 있다.
제2변형감지센서(미도시)는 외력에 따른 제1전극(114) 또는 제2전극(124)의 저항값의 변화를 측정하여 제1구조물(110) 또는 제2구조물(120)의 변형을 감지할 수 있다.
일례로, 상기 제2변형감지센서는 전도성을 가지는 소재로 제작되는 제3전극(미도시) 및 제4전극(미도시)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제3전극 및 상기 제4전극은 서로 소정의 간격으로 이격되어 제1전극(114)과 접촉할 수 있다. 상기 제2변형감지센서는 상기 외력에 의하여 제1몸체(112)의 내면의 상기 적어도 일부분과 제2전극(124)의 상기 적어도 일부분이 서로 접촉과 비접촉을 반복하는 과정에서 변형되는 제1전극(114)의 저항값 변화를 측정하여 제1구조물(110)의 변형을 감지할 수 있다.
다른 예로, 상기 제2변형감지센서는 전도성을 가지는 소재로 제작되는 제5전극(미도시) 및 제6전극(미도시)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제5전극 및 상기 제6전극은 서로 소정의 간격으로 이격되어 제2전극(124)과 접촉할 수 있다. 상기 제2변형감지센서는 상기 외력에 의하여 제1몸체(112)의 내면의 상기 적어도 일부분과 제2전극(124)의 상기 적어도 일부분이 서로 접촉과 비접촉을 반복하는 과정에서 변형되는 제2전극(124)의 저항값 변화를 측정하여 제2구조물(120)의 변형을 감지할 수 있다.
상기 제2변형감지센서를 통하여 본 명세서에서 개시하는 전기에너지 수확소자(100)에 가해지는 외력을 감지할 수 있다. 또한, 상기 제2변형감지센서를 통해 저항값 변화를 측정함으로써 전기에너지 수확소자(100)의 반복적인 사용에 따른 제1전극(114) 또는 제2전극(124)의 손상이나 단락 여부를 진단할 수도 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 제2변형감지센서는 전기저항값을 통하여 외력을 측정하는 스트레인(strain) 센서일 수 있다. 일반적으로 물체에 외력이 작용하면 물체는 변형한다. 그 변형의 정도를 스트레인이라고 한다. 즉 스트레인은 어느 물체가 인장 또는 압축을 받을 때 원래의 길이에 대하여 늘어나거나 줄어든 길이를 비율로 표시한 값을 일컫는다. 물체의 전기저항은 다음의 수식으로 정의될 수 있다.
R= ρ×L/S
여기서, R은 전기저항, ρ는 비저항, L은 물체의 길이, S는 물체의 단면적이다.
상기 제2변형감지센서는 도 3에 예로서 도시한 바와 같이, 외력이 인가되기 전의 제1전극(114)의 전기저항값을 제1전극(114)에 서로 소정의 간격으로 이격되어 전기적으로 접촉하는 상기 제3전극 및 상기 제4전극을 통하여 측정할 수 있다. 이때 측정되는 제1전극(114)의 전기저항값을 R이라고 하자.
이후 외력에 의하여 제1전극(114)이 변형될 경우에 상기 제3전극 및 상기 제4전극을 통하여 외력에 의한 제1전극(114)의 변형에 따른 제1전극(114)의 전기저항값을 측정할 수 있다. 이때 측정되는 제1전극(114)의 전기저항값을 R+△R이라고 하자.
외력이 인가되면, 제1전극(114)는 길이 L과 단면적 S가 변화하게 된다. 제1전극(114)의 부피는 일정하게 유지되므로 외력에 의하여 제1전극(114)의 길이가 늘어나면 제1전극(114)의 단면적은 줄어들며, 제1전극(114)의 길이가 줄어들면 제1전극(114)의 단면적은 늘어나게 된다. 앞서 언급한 전기저항값에 대한 수식으로부터 외력에 의하여 제1전극(114)의 길이가 늘어나면 단면적은 줄어들므로 제1전극(114)의 전기저항값은 늘어남을 알 수 있다. 또한, 앞서 언급한 전기저항값에 대한 수식으로부터 외력에 의하여 제1전극(114)의 길이가 줄어들면 단면적은 늘어나므로 제1전극(114)의 전기저항값은 줄어듦을 알 수 있다. 상기 제2변형감지센서는 외력에 따른 제1전극(114)의 전기저항값의 변화를 측정함으로써 외력에 따른 제1전극(114)의 길이, 단면적의 변화를 측정할 수 있고 이를 통하여 외력을 감지할 수 있다.
마찬가지로, 상기 제2변형감지센서는 외력이 인가되지 전의 제2전극(124)의 전기저항값을 제2전극(124)에 서로 소정의 간격으로 이격되어 전기적으로 접촉하는 상기 제5전극 및 상기 제6전극을 통하여 측정할 수 있다. 이후 외력에 의하여 제2전극(124)이 변형될 경우에 상기 제5전극 및 상기 제6전극을 통하여 외력에 의한 제2전극(124)의 변형에 따른 제2전극(124)의 전기저항값을 측정할 수 있다. 상기 제2변형감지센서는 외력에 따른 제2전극(124)의 전기저항값의 변화를 측정함으로써 외력에 따른 제2전극(124)의 길이, 단면적의 변화를 측정할 수 있고 이를 통하여 외력을 감지할 수 있다.
한편, 외력이 전기에너지 수확소자(100)에 가해질 경우에 상기 제1변형감지센서와 상기 제2변형감지센서는 동시에 동작하여 각각 커패시턴스의 변화 및 저항값의 변화를 동시에 측정할 수도 있다. 이를 통하여 전기에너지 수확소자(100)에 인가되는 외력을 보다 더 정확하게 측정할 수 있다.
저장회로(미도시)는 제1전극(114) 및 제2전극(124)과 전기적으로 연결되어 제1몸체(112)의 내면의 적어도 일부분과 제2전극(124)의 적어도 일부분이 외력에 의하여 서로 접촉과 비접촉을 반복하여 생성하는 마찰 전기에너지를 저장할 수 있다. 상기 저장회로는 예로서 제1전극(114) 및 제2전극(124)과 연결되어 제1몸체(112)의 내면의 적어도 일부분과 제2전극(124)의 적어도 일부분에 의하여 생성되는 전류를 수신하는 적어도 하나의 다이오드(미도시) 및 상기 다이오드로부터 출력되는 전류를 저장하는 적어도 하나의 충전기(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 다이오드는 제1몸체(112)의 내면의 적어도 일부분과 제2전극(124)의 적어도 일부분이 생성하는 교류전기신호인 마찰 전기에너지를 정류하여 상기 충전기에 제공하며, 상기 충전기는 정류된 교류전기신호로부터 전기에너지를 저장할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 개시하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100)는 생성된 전기에너지를 상기 저장회로에 저장한 후 활용하거나, 직접 활용하는 방식으로 상기 제1변형감지센서, 상기 제2변형감지센서 등을 포함하는 의복에 부착될 수 있는 전기기기(미도시)의 전원으로 활용할 수 있어 자가발전형 생체진단 의복에 적용될 수 있다.
또 한편, 제1변형감지센서, 제2변형감지센서, 본 명세서에서 개시하는 전기에너지 수확소자(100)가 채용된 의복 등에 장착되는 제어부, 무선 센서 네트워크 등과 같은 전자기기에서 마찰 전기에너지를 직접 이용하는 경우에는 상기 저장회로 또는 상기 충전기는 생략될 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 명세서에서 개시하는 다른 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자의 개념도 및 변형측정과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 4의 (a) 내지 (c)는 각각 전기에너지 수확소자로 직조된 직물을 보여주는 도면, 외력에 따른 변형 전의 씨실부와 날실부의 교차점의 모습 및 외력에 따른 변형 후의 씨실부와 날실부의 교차점의 모습을 보여주는 도면이다. 도 5의 (a) 내지 (c)는 각각 절연층(116)이 코팅된 전기에너지 수확소자 및 절연층(116)이 코팅되지 아니한 전기에너지 수확소자를 각각 씨실부와 날실부로 하여 직조된 직물을 보여주는 도면, 외력에 따른 변형 전의 씨실부와 날실부의 교차점의 모습 및 외력에 따른 변형 후의 씨실부와 날실부의 교차점의 모습을 보여주는 도면이다. 도 6은 본 명세서에서 개시하는 다른 실시 예에 따른 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자의 제작된 일례를 보여주는 도면이다.
도면을 참조하면, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)는 내부에 제2구조물(120)이 배치되는 관형의 복수의 제1구조물(110)들을 직조하여 형성되는 직물(130)을 포함한다. 몇몇 다른 실시 예들에 있어서, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)는 선택적으로 제1변형감지센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 또 다른 실시 예들에 있어서, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)는 선택적으로 제2변형감지센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 또 다른 실시 예들에 있어서, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)는 선택적으로 절연층(116)을 더 포함할 수 있다. 몇몇 또 다른 실시 예들에 있어서, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)는 선택적으로 저장회로(미도시)를 더 포함할 수 있다.
이하 도 4 내지 도 6을 참조하여 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)에 대하여 설명하기로 한다. 이하 앞서 도 1 내지 도 3과 관련하여 상술한 내용과 실질적으로 동일한 내용에 대해서는 설명의 편의상 생략하고 설명하기로 한다. 이러한 설명이 본 명세서에서 개시하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)의 권리범위를 제한할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다.
도면을 참조하면, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)는 내부에 제2구조물(120)이 배치되는 관형의 복수의 제1구조물(110)들을 직조하여 형성되는 직물(130)을 포함한다.
제1구조물(110)은 관형의 제1몸체(112) 및 제1몸체(112)의 외면에 배치되는 제1전극(114)을 포함한다.
제2구조물(120)은 제1몸체(112)의 내부에 배치되는 제2몸체(122) 및 제2몸체(122)의 외면에 배치되는 제2전극(124)을 포함한다.
제1몸체(112)의 내면의 적어도 일부분과 제2전극(124)의 적어도 일부분은 직물(130)에 가해지는 외력에 의하여 서로 접촉과 비접촉을 반복하여 마찰 전기에너지를 생성한다.
직물(130)은 상기 복수의 제1구조물(110)들 중 일부-이하 씨실부(110a)라 함-와 상기 복수의 제1구조물(110)들 중 나머지 일부-이하 날실부(110b)라 함-를 서로 교차하여 직조된다.
본 명세서에서 개시하는 직물(130) 형상의 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)는 일반적인 직물 직조과정을 통하여 직조하여 직물(130)을 형성할 수 있다. 직조된 직물(130)은 실제 의복으로 사용 가능하여 신체의 착용성이 높고 착용자의 무의식적인 움직임으로부터 생성되는 마찰 전기에너지로부터 전기에너지를 수확할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 도 4에 예로서 도시한 바와 같이, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)는 씨실부(110a)의 제1전극(114) 및 제2전극(124)과 연결되거나, 날실부(110b)의 제1전극(114) 및 제2전극(124)과 연결되거나 이들 각각과 연결되는 제1변형감지센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 제1변형감지센서는 상기 외력에 따른 씨실부(110a)의 제1전극(114) 및 제2전극(124) 사이의 커패시턴스의 변화(△C1) 또는 날실부(110b)의 제1전극(114) 및 제2전극(124) 사이의 커패시턴스의 변화(△C1)를 측정함으로써 직물(130)에 인가되는 상기 외력을 감지할 수 있다. 도면에는 씨실부(110a)의 제1전극(114) 및 제2전극(124)과 연결되어 외력을 감지하는 상기 제1변형감지센서가 예로서 표현되어 있다. 다르게는, 도면에 도시된 바와 달리, 상기 제1변형감지센서는 날실부(110b)의 제1전극(114) 및 제2전극(124)과 연결되어 외력을 감지할 수도 있다. 제1전극(114) 및 제2전극(124) 사이의 커패시턴스의 변화(△C1)를 통한 외력 감지방법은 앞서 도 1 내지 도 3과 관련하여 상술한 내용으로부터 충분히 유추가능하므로 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략하기로 한다.
한편, 상술한 바와 같이, 직물(130) 형상의 전기에너지 수확소자(100a)는 변형측정이 가능한 복수의 전기에너지 수확소자(100)들을 직조하여 형성된다. 이때, 직물(130)을 형성하는 씨실부(110a)와 날실부(110b)의 제1전극(114) 및 제2전극(124)은 상기 제1변형감지센서와 각각 연결될 수 있다. 이 경우, 외력이 직물(130)의 특정 영역(예로서, 씨실부(110a)와 날실부(110b)의 교차점 등)에 인가될 수 있다. 이때, 씨실부(110a)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)들 중 적어도 일부와 날실부(110b)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)들 중 적어도 일부는 직물(130)의 외력이 인가되는 상기 특정 영역 또는 상기 특정 영역에 인접한 부분을 경유하게 된다. 직물(130)의 상기 특정 영역 또는 상기 특정 영역에 인접한 부분을 경유하는 씨실부(110a)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)의 제1전극(114) 및 제2전극(124) 사이의 커패시턴스는 변화하게 된다. 동시에 직물(130)의 상기 특정 영역 또는 상기 특정 영역에 인접한 부분을 경유하는 날실부(110b)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)의 제1전극(114) 및 제2전극(124) 사이의 커패시턴스는 변화하게 된다. 외력의 인가에 따라 커패시턴스가 변화하는 씨실부(110a)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100) 및 날실부(110b)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)를 찾아 이들의 교차지점을 분석함으로써 외력이 인가되는 직물(130)의 상기 특정 영역을 판별할 수 있다. 이를 통하여 본 명세서에서 개시하는 전기에너지 수확소자(100a)는 상기 제1변형감지센서를 통한 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 본 명세서에서 개시하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)를 착용한 착용자의 움직임을 신체부위별로 실시간 진단, 분석 등이 가능하여 진단의학 등에서 환자의 움직임 진단 등에 활용될 수 있다.
다른 실시 예에 있어서, 도 4에 예로서 도시한 바와 같이, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)는 씨실부(110a)의 제2전극(124) 및 날실부(110b)의 제2전극(124)과 연결되는 제1변형감지센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 제1변형감지센서는 상기 외력에 따른 씨실부(110a)의 제2전극(124) 및 날실부(110b)의 제2전극(124) 사이의 커패시턴스의 변화(△C2)를 측정함으로써 직물(130)에 인가되는 상기 외력을 감지할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100)를 직조하여 형성되는 직물(130) 형상의 전기에너지 수확소자(100a)는 씨실부(110a)와 날실부(110b)가 상호 교차하는 다수의 교차점을 가진다. 상기 제1변형감지센서는 씨실부(110a)의 제2전극(124) 및 날실부(110b)의 제2전극(124)과 연결됨으로써 씨실부(110a)와 날실부(110b)가 상호 교차하는 교차점에서의 커패시턴스를 측정할 수 있다.
외력이 씨실부(110a)와 날실부(110b)의 교차점에 인가되면 씨실부(110a)와 날실부(110b) 사이의 거리가 변화한다. 이에 따라 씨실부(110a)의 제2전극(124) 및 날실부(110b)의 제2전극(124) 사이의 거리가 변경되어 씨실부(110a)의 제2전극(124) 및 날실부(110b)의 제2전극(124) 사이의 커패시턴스가 C2에서 C2+△C2로 변화한다. 상기 제1변형감지센서는 상기 외력에 의한 씨실부(110a)의 제2전극(124) 및 날실부(110b)의 제2전극(124) 사이의 커패시턴스의 변화(△C2)를 측정함으로써 직물(130)에 인가되는 상기 외력을 감지할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 직물(130) 형상의 전기에너지 수확소자(100a)는 변형측정이 가능한 복수의 전기에너지 수확소자(100)들을 직조하여 형성된다. 이때, 직물(130)을 형성하는 씨실부(110a)의 제2전극(124) 및 날실부(110b)의 제2전극(124)은 상기 제1변형감지센서와 각각 연결될 수 있다. 이 경우, 외력이 직물(130)의 특정 영역(예로서, 씨실부(110a)와 날실부(110b)의 교차점 등)에 인가될 수 있다. 이때, 씨실부(110a)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)들 중 적어도 일부와 날실부(110b)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)들 중 적어도 일부는 직물(130)의 외력이 인가되는 상기 특정 영역 또는 상기 특정 영역에 인접한 부분을 경유하게 된다. 직물(130)의 상기 특정 영역 또는 상기 특정 영역에 인접한 부분을 경유하는 씨실부(110a)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)의 제2전극(124) 및 날실부(110b)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)의 제2전극(124) 사이의 커패시턴스는 변화하게 된다. 외력의 인가에 따라 커패시턴스가 변화하는 씨실부(110a)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)의 제2전극(124) 및 날실부(110b)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)의 제2전극(124)의 위치를 찾아 분석함으로써 외력이 인가되는 직물(130)의 상기 특정 영역을 판별할 수 있다. 이를 통하여 본 명세서에서 개시하는 전기에너지 수확소자(100a)는 상기 제1변형감지센서를 통한 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 본 명세서에서 개시하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)를 착용한 착용자의 움직임을 신체부위별로 실시간 진단, 분석 등이 가능하여 진단의학 등에서 환자의 움직임 진단 등에 활용될 수 있다.
절연층(116)은 씨실부(110a)의 제1전극(114), 날실부(110b)의 제1전극(114) 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 표면에 배치될 수 있다. 절연층(116)은 씨실부(110a)와 날실부(110b)를 교차하여 직물(130)을 직조하는 과정에서 씨실부(110a)의 제1전극(114)과 날실부(110b)의 제1전극(114)이 서로 직접 접촉하는 것을 방지하는 기능을 수행할 수 있다. 도 5에는 씨실부(110a)의 제1전극(114)의 표면에 배치된 절연층(116)이 예로서 표현되어 있다. 다르게는, 도면에 도시한 바와 달리, 절연층(116)은 날실부(110b)의 제1전극(114)의 표면에 배치될 수도 있고, 씨실부(110a)의 제1전극(114)의 표면과 날실부(110b)의 제1전극(114)의 표면 모두에 배치될 수도 있다.
일 실시 예에 있어서, 도 5에 예로서 도시한 바와 같이, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)는 씨실부(110a)의 제1전극(114) 및 날실부(110b)의 제1전극(114)과 연결되는 제1변형감지센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 제1변형감지센서는 상기 외력에 따른 씨실부(110a)의 제1전극(114) 및 날실부(110b)의 제1전극(114) 사이의 접촉면적의 변화(△S)에 따른 커패시턴스의 변화(△C3)를 측정함으로써 직물(130)에 인가되는 상기 외력을 감지할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100)를 직조하여 형성되는 직물(130) 형상의 전기에너지 수확소자(100a)는 씨실부(110a)와 날실부(110b)가 상호 교차하는 다수의 교차점을 가진다. 상기 제1변형감지센서는 씨실부(110a)의 제1전극(114) 및 날실부(110b)의 제1전극(114)과 연결됨으로써 씨실부(110a)와 날실부(110b)가 상호 교차하는 교차점에서의 커패시턴스를 측정할 수 있다.
외력이 씨실부(110a)와 날실부(110b)의 교차점에 인가되면 씨실부(110a)와 날실부(110b) 사이의 접촉면적이 변화한다. 이에 따라 씨실부(110a)의 제1전극(114) 및 날실부(110b)의 제1전극(114) 사이의 접촉면적이 변경되어 씨실부(110a)의 제1전극(114) 및 날실부(110b)의 제1전극(114) 사이의 커패시턴스가 C3에서 C3+△C3로 변화한다. 상기 제1변형감지센서는 상기 외력에 의한 씨실부(110a)의 제1전극(124) 및 날실부(110b)의 제1전극(124) 사이의 커패시턴스의 변화(△C3)를 측정함으로써 직물(130)에 인가되는 상기 외력을 감지할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 직물(130) 형상의 전기에너지 수확소자(100a)는 변형측정이 가능한 복수의 전기에너지 수확소자(100)들을 직조하여 형성된다. 이때, 직물(130)을 형성하는 씨실부(110a)의 제1전극(114) 및 날실부(110b)의 제1전극(114)은 상기 제1변형감지센서와 각각 연결될 수 있다. 이 경우, 외력이 직물(130)의 특정 영역(예로서, 씨실부(110a)와 날실부(110b)의 교차점 등)에 인가될 수 있다. 이때, 씨실부(110a)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)들 중 적어도 일부와 날실부(110b)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)들 중 적어도 일부는 직물(130)의 외력이 인가되는 상기 특정 영역 또는 상기 특정 영역에 인접한 부분을 경유하게 된다. 직물(130)의 상기 특정 영역 또는 상기 특정 영역에 인접한 부분을 경유하는 씨실부(110a)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)의 제1전극(114) 및 날실부(110b)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)의 제1전극(114) 사이의 커패시턴스는 변화하게 된다. 외력의 인가에 따라 커패시턴스가 변화하는 씨실부(110a)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)의 제1전극(114) 및 날실부(110b)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)의 제1전극(114)의 위치를 찾아 분석함으로써 외력이 인가되는 직물(130)의 상기 특정 영역을 판별할 수 있다. 이를 통하여 본 명세서에서 개시하는 전기에너지 수확소자(100a)는 상기 제1변형감지센서를 통한 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 본 명세서에서 개시하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)를 착용한 착용자의 움직임을 신체부위별로 실시간 진단, 분석 등이 가능하여 진단의학 등에서 환자의 움직임 진단 등에 활용될 수 있다.
제2변형감지센서(미도시)는 외력에 따른 씨실부(110a)의 제1전극(114) 또는 제2전극(124)의 저항값의 변화를 측정하여 씨실부(110a)의 제1구조물(110) 또는 제2구조물(120)의 변형을 감지함으로써 직물(130)의 변형을 감지할 수 있다. 다르게는, 제2변형감지센서(미도시)는 외력에 따른 날실부(110b)의 제1전극(114) 또는 제2전극(124)의 저항값의 변화를 측정하여 날실부(110b)의 제1구조물(110) 또는 제2구조물(120)의 변형을 감지함으로써 직물(130)의 변형을 감지할 수 있다.
일례로, 상기 제2변형감지센서는 전도성을 가지는 소재로 제작되는 제3전극(미도시) 및 제4전극(미도시)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제3전극 및 상기 제4전극은 서로 소정의 간격으로 이격되어 씨실부(110a)의 제1전극(114)과 접촉할 수 있다. 다르게는, 상기 제3전극 및 상기 제4전극은 서로 소정의 간격으로 이격되어 날실부(110b)의 제1전극(114)과 접촉할 수 있다.
씨실부(110a)의 제1몸체(112)의 내면의 상기 적어도 일부분과 씨실부(110a)의 제2전극(124)의 상기 적어도 일부분은 외력에 의하여 서로 접촉과 비접촉을 반복할 수 있다. 또한, 날실부(110b)의 제1몸체(112)의 내면의 상기 적어도 일부분과 날실부(110b)의 제2전극(124)의 상기 적어도 일부분은 외력에 의하여 서로 접촉과 비접촉을 반복할 수 있다. 이 과정에서 직물(130) 형상의 전기에너지 수확소자(100a)는 전기에너지를 생성할 수 있으며 씨실부(110a)와 날실부(110b)는 외력에 의하여 변형될 수 있다.
상기 제2변형감지센서는 상기 직물에 가해지는 상기 외력에 의하여 변형되는 씨실부(110a)의 제1전극(114) 또는 날실부(110b)의 제1전극(114)의 저항값 변화를 측정하여 직물(130)의 변형을 감지할 수 있다.
다른 예로, 상기 제2변형감지센서는 전도성을 가지는 소재로 제작되는 제5전극(미도시) 및 제6전극(미도시)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제5전극 및 상기 제6전극은 서로 소정의 간격으로 이격되어 씨실부(110a)의 제2전극(124)과 접촉할 수 있다. 다르게는, 상기 제5전극 및 상기 제6전극은 서로 소정의 간격으로 이격되어 날실부(110b)의 제2전극(124)과 접촉할 수 있다.
씨실부(110a)의 제1몸체(112)의 내면의 상기 적어도 일부분과 씨실부(110a)의 제2전극(124)의 상기 적어도 일부분은 외력에 의하여 서로 접촉과 비접촉을 반복할 수 있다. 또한, 날실부(110b)의 제1몸체(112)의 내면의 상기 적어도 일부분과 날실부(110b)의 제2전극(124)의 상기 적어도 일부분은 외력에 의하여 서로 접촉과 비접촉을 반복할 수 있다. 이 과정에서 직물(130) 형상의 전기에너지 수확소자(100a)는 전기에너지를 생성할 수 있으며 씨실부(110a)와 날실부(110b)는 외력에 의하여 변형될 수 있다.
상기 제2변형감지센서는 상기 직물에 가해지는 상기 외력에 의하여 변형되는 씨실부(110a)의 제2전극(124) 또는 날실부(110b)의 제2전극(124)의 저항값 변화를 측정하여 직물(130)의 변형을 감지할 수 있다.
외력에 따른 저항값 변화로부터 외력을 측정하는 과정은 앞서 도 1 내지 도3과 관련한 상세한 설명에서 상술한 내용으로부터 충분히 유추할 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 설명의 편의상 생략하기로 한다.
한편, 상술한 바와 같이, 직물(130) 형상의 전기에너지 수확소자(100a)는 변형측정이 가능한 복수의 전기에너지 수확소자(100)들을 직조하여 형성된다. 이때, 직물(130)을 형성하는 씨실부(110a)와 날실부(110b)의 제1전극(114) 및 제2전극(124)은 상기 제2변형감지센서와 각각 연결될 수 있다. 이 경우, 외력이 직물(130)의 특정 영역(예로서, 씨실부(110a)와 날실부(110b)의 교차점 등)에 인가될 수 있다. 이때, 씨실부(110a)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)들 중 적어도 일부와 날실부(110b)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)들 중 적어도 일부는 직물(130)의 외력이 인가되는 상기 특정 영역 또는 상기 특정 영역에 인접한 부분을 경유하게 된다. 직물(130)의 상기 특정 영역 또는 상기 특정 영역에 인접한 부분을 경유하는 씨실부(110a)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)의 제1전극(114) 또는 제2전극(124)의 저항값은 외력에 의하여 변화하게 된다. 동시에 직물(130)의 상기 특정 영역 또는 상기 특정 영역에 인접한 부분을 경유하는 날실부(110b)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)의 제1전극(114) 및 제2전극(124)의 저항값은 외력에 의하여 변화하게 된다. 외력의 인가에 따라 저항값이 변화하는 씨실부(110a)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100) 및 날실부(110b)를 구성하는 전기에너지 수확소자(100)를 찾아 이들의 교차지점을 분석함으로써 외력이 인가되는 직물(130)의 상기 특정 영역을 판별할 수 있다. 이를 통하여 본 명세서에서 개시하는 전기에너지 수확소자(100a)는 상기 제2변형감지센서를 통한 저항값의 변화를 측정함으로써 본 명세서에서 개시하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)를 착용한 착용자의 움직임을 신체부위별로 실시간 진단, 분석 등이 가능하여 진단의학 등에서 환자의 움직임 진단 등에 활용될 수 있다.
한편, 외력이 전기에너지 수확소자(100a)에 가해질 경우에 상기 제1변형감지센서와 상기 제2변형감지센서는 동시에 동작하여 각각 커패시턴스의 변화 및 저항값의 변화를 동시에 측정할 수도 있다. 이를 통하여 전기에너지 수확소자(100a)에 인가되는 외력을 보다 더 정확하게 측정할 수 있다.
저장회로(미도시)는 제1전극(114) 및 제2전극(124)과 전기적으로 연결되어 제1몸체(112)의 내면의 적어도 일부분과 제2전극(124)의 적어도 일부분이 외력에 의하여 서로 접촉과 비접촉을 반복하여 생성하는 마찰 전기에너지를 저장할 수 있다. 상기 저장회로는 씨실부(110a)의 제1전극(114) 및 제2전극(124)과 날실부(110b)의 제1전극(114) 및 제2전극(124)과 연결되어 씨실부(110a)와 날실부(110b) 각각의 제1몸체(112)의 내면의 적어도 일부분과 제2전극(124)의 적어도 일부분에 의하여 생성되는 전류를 수신하는 적어도 하나의 다이오드(미도시) 및 상기 다이오드로부터 출력되는 전류를 저장하는 적어도 하나의 충전기(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 다이오드는 씨실부(110a)와 날실부(110b) 각각의 제1몸체(112)의 내면의 적어도 일부분과 제2전극(124)의 적어도 일부분이 생성하는 교류전기신호인 마찰 전기에너지를 정류하여 상기 충전기에 제공하며, 상기 충전기는 정류된 교류전기신호로부터 전기에너지를 저장할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 개시하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100a)는 생성된 전기에너지를 상기 저장회로에 저장한 후 활용하거나, 직접 활용하는 방식으로 상기 제1변형감지센서, 상기 제2변형감지센서 등을 포함하는 의복에 부착될 수 있는 전기기기(미도시)의 전원으로 활용할 수 있어 자가발전형 생체진단 의복에 적용될 수 있다.
또 한편, 제1변형감지센서, 제2변형감지센서, 본 명세서에서 개시하는 전기에너지 수확소자(100a)가 채용된 의복 등에 장착되는 제어부, 무선 센서 네트워크 등과 같은 전자기기에서 마찰 전기에너지를 직접 이용하는 경우에는 상기 저장회로 또는 상기 충전기는 생략될 수 있다.
도 4 내지 도 6을 다시 참조하면, 도면에는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100)를 씨실부(110a)와 날실부(110b)로 하여 직조된 직물(130)을 활용한 전기에너지 수확소자(100a)가 예로서 표현되어 있다. 다르게는, 도면에 도시한 바와 달리, 전기에너지 수확소자(100a)는 일반섬유와 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자(100)를 혼용하여 제작될 수도 있다.
상기로부터, 본 개시의 다양한 실시 예들이 예시를 위해 기술되었으며, 아울러 본 개시의 범주 및 사상으로부터 벗어나지 않고 가능한 다양한 변형 예들이 존재함을 이해할 수 있을 것이다. 그리고 개시되고 있는 상기 다양한 실시 예들은 본 개시된 사상을 한정하기 위한 것이 아니며, 진정한 사상 및 범주는 하기의 청구항으로부터 제시될 것이다.
100, 100a : 전기에너지 수확소자
110 : 제1구조물
110a : 씨실부
110b : 날실부
112 : 제1몸체
114 : 제1전극
116 : 절연층
120 : 제2구조물
122 : 제2몸체
124 : 제2전극
130 : 직물

Claims (13)

  1. 내부에 제2구조물이 배치되는 관형의 제1구조물을 포함하되,
    상기 제1구조물은
    관형의 제1몸체; 및
    상기 제1몸체의 외면에 배치되는 제1전극을 포함하며,
    상기 제2구조물은
    상기 제1몸체의 내부에 배치되는 제2몸체;
    상기 제2몸체의 외면에 배치되는 제2전극;
    상기 제1전극과 접촉하는 제3전극 및 제4전극; 및
    상기 제3전극 및 상기 제4전극과 연결되는 제2변형감지센서를 포함하며,
    상기 제1몸체의 내면의 적어도 일부분과 상기 제2전극의 적어도 일부분은 외력에 의하여 서로 접촉과 비접촉을 반복하여 마찰 전기에너지를 생성하며,
    상기 제3전극과 상기 제4전극은 서로 소정의 간격으로 이격되어 상기 제1전극과 접촉하며,
    상기 제2변형감지센서는 상기 외력에 의하여 상기 제1몸체의 내면의 상기 적어도 일부분과 상기 제2전극의 상기 적어도 일부분이 서로 접촉과 비접촉을 반복하는 과정에서 변형되는 상기 제1전극의 저항값 변화를 측정하여 상기 제1구조물의 변형을 감지하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자.
  2. 내부에 제2구조물이 배치되는 관형의 제1구조물을 포함하되,
    상기 제1구조물은
    관형의 제1몸체; 및
    상기 제1몸체의 외면에 배치되는 제1전극을 포함하며,
    상기 제2구조물은
    상기 제1몸체의 내부에 배치되는 제2몸체;
    상기 제2몸체의 외면에 배치되는 제2전극;
    상기 제2전극과 접촉하는 제5전극 및 제6전극; 및
    상기 제5전극 및 상기 제6전극과 연결되는 제2변형감지센서를 포함하며,
    상기 제1몸체의 내면의 적어도 일부분과 상기 제2전극의 적어도 일부분은 외력에 의하여 서로 접촉과 비접촉을 반복하여 마찰 전기에너지를 생성하며,
    상기 제5전극과 상기 제6전극은 서로 소정의 간격으로 이격되어 상기 제2전극과 접촉하며,
    상기 제2변형감지센서는 상기 제1몸체의 내면의 상기 적어도 일부분과 상기 제2전극의 상기 적어도 일부분이 서로 접촉과 비접촉을 반복하는 과정에서 변형되는 상기 제2전극의 저항값 변화를 측정하여 상기 제2구조물의 변형을 감지하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1전극 및 상기 제2전극과 연결되는 제1변형감지센서를 더 포함하되,
    상기 제1변형감지센서는 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이의 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 상기 제1구조물 또는 상기 제2구조물에 인가되는 상기 외력을 감지하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 내부에 제2구조물이 배치되는 관형의 복수의 제1구조물들을 직조하여 형성되는 직물을 포함하되,
    상기 제1구조물은
    관형의 제1몸체; 및
    상기 제1몸체의 외면에 배치되는 제1전극을 포함하며,
    상기 제2구조물은
    상기 제1몸체의 내부에 배치되는 제2몸체; 및
    상기 제2몸체의 외면에 배치되는 제2전극을 포함하며,
    상기 제1몸체의 내면의 적어도 일부분과 상기 제2전극의 적어도 일부분은 상기 직물에 가해지는 외력에 의하여 서로 접촉과 비접촉을 반복하여 마찰 전기에너지를 생성하며,
    상기 직물은 상기 복수의 제1구조물들 중 일부-이하 씨실부라 함-와 상기 복수의 제1구조물들 중 나머지 일부-이하 날실부라 함-를 서로 교차하여 직조되며,
    상기 씨실부의 제1전극과 접촉하거나, 상기 날실부의 제1전극과 접촉하는 제3전극 및 제4전극; 및
    상기 제3전극 및 상기 제4전극과 연결되는 제2변형감지센서를 더 포함하며,
    상기 제3전극과 상기 제4전극은 서로 소정의 간격으로 이격되어 상기 씨실부의 제1전극과 접촉하거나, 상기 날실부의 제1전극과 접촉하며,
    상기 제2변형감지센서는 상기 직물에 가해지는 상기 외력에 의하여 변형되는 상기 씨실부의 제1전극 또는 상기 날실부의 제1전극의 저항값 변화를 측정하여 상기 직물의 변형을 감지하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자.
  7. 내부에 제2구조물이 배치되는 관형의 복수의 제1구조물들을 직조하여 형성되는 직물을 포함하되,
    상기 제1구조물은
    관형의 제1몸체; 및
    상기 제1몸체의 외면에 배치되는 제1전극을 포함하며,
    상기 제2구조물은
    상기 제1몸체의 내부에 배치되는 제2몸체; 및
    상기 제2몸체의 외면에 배치되는 제2전극을 포함하며,
    상기 제1몸체의 내면의 적어도 일부분과 상기 제2전극의 적어도 일부분은 상기 직물에 가해지는 외력에 의하여 서로 접촉과 비접촉을 반복하여 마찰 전기에너지를 생성하며,
    상기 직물은 상기 복수의 제1구조물들 중 일부-이하 씨실부라 함-와 상기 복수의 제1구조물들 중 나머지 일부-이하 날실부라 함-를 서로 교차하여 직조되며,
    상기 씨실부의 제2전극과 접촉하거나, 상기 날실부의 제2전극과 접촉하는 제5전극 및 제6전극; 및
    상기 제5전극 및 상기 제6전극과 연결되는 제2변형감지센서를 더 포함하며,
    상기 제5전극과 상기 제6전극은 서로 소정의 간격으로 이격되어 상기 씨실부의 제2전극과 접촉하거나, 상기 날실부의 제2전극과 접촉하며,
    상기 제2변형감지센서는 상기 직물에 가해지는 상기 외력에 의하여 변형되는 상기 씨실부의 제2전극 또는 상기 날실부의 제2전극의 저항값 변화를 측정하여 상기 직물의 변형을 감지하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 씨실부의 제1전극 및 제2전극과 연결되거나, 상기 날실부의 제1전극 및 제2전극과 연결되는 제1변형감지센서를 더 포함하되,
    상기 제1변형감지센서는 상기 외력에 따른 상기 씨실부의 제1전극 및 제2전극 사이의 커패시턴스의 변화 또는 상기 날실부의 제1전극 및 제2전극 사이의 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 상기 직물에 인가되는 상기 외력을 감지하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 씨실부의 제2전극 및 상기 날실부의 제2전극과 연결되는 제1변형감지센서를 더 포함하되,
    상기 제1변형감지센서는 상기 외력에 따른 상기 씨실부의 제2전극 및 상기 날실부의 제2전극 사이의 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 상기 직물에 인가되는 상기 외력을 감지하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자.
  10. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 씨실부의 제1전극, 상기 날실부의 제1전극 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 표면에 배치되는 절연층을 더 포함하되,
    상기 절연층은 상기 씨실부와 상기 날실부를 교차하여 상기 직물을 직조하는 과정에서 상기 씨실부의 제1전극과 상기 날실부의 제1전극이 서로 직접 접촉하는 것을 방지하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 씨실부의 제1전극 및 상기 날실부의 제1전극과 연결되는 제1변형감지센서를 더 포함하되,
    상기 제1변형감지센서는 상기 외력에 따른 상기 씨실부의 제1전극 및 상기 날실부의 제1전극 사이의 접촉면적의 변화에 따른 커패시턴스의 변화를 측정함으로써 상기 직물에 인가되는 상기 외력을 감지하는 변형측정 및 촉각 측정이 가능한 전기에너지 수확소자.
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