KR102296144B1 - 힘 및/또는 압력 센서 - Google Patents

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포르시오트 오와이
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Abstract

본 발명은 압력 및/또는 힘 센서로서 사용하기 위한 센서(900)에 관한 것이다. 센서(900)는, 제1 영률(Y200) 및 제1 항복 변형률(εy,200)을 갖는 재료를 갖는 탄성 및 신장성 층(050, 100, 200); 탄성 및 신장성 층(050, 100, 200)에 부착되고 서로 제1 거리(d1, d1,301,302)만큼 떨어져 배열되는 적어도 제1 신장성 전극(301) 및 제2 신장성 전극(302); 제2 영률(Y500)을 갖는 가요성 포일(500); 및 가요성 포일(500)에 부착된 전기 도전성 배선(400)을 포함한다. 전기 도전성 배선(400)의 적어도 일부는 전기 도전성 방식으로 신장성 전극들(301, 302)에 커플링되고, 제1 항복 변형률(εy,200)은 적어도 10 퍼센트이고, 제1 영률(Y200)은 제2 영률(Y500) 미만이다.

Description

힘 및/또는 압력 센서{A FORCE AND/OR PRESSURE SENSOR}
본 발명은 힘 센서들에 관한 것이다. 본 발명은 압력 센서들에 관한 것이다. 본 발명은 용량성 힘 및/또는 압력 센서들에 관한 것이다. 본 발명은 착용 가능한 용량성 힘 및/또는 압력 센서들에 관한 것이다.
웰빙에 대한 관심이 증가하였다. 이것은 개인의 웰빙뿐만 아니라 건강 관리를 수반한다. 이것은 많은 개인 및 의료 모니터링 디바이스들, 이를테면, 센서들에서 발생하였다. 이러한 센서들은 의류, 이를테면, 글러브들, 미트들(mitts), 신발, 헬멧들 등에 임베딩될 수 있다. 의복들에 대한 힘 또는 압력 센서들에 관하여, 이들은, 예컨대, 피에조 저항성(piezo resistive), 압전, 또는 용량성일 수 있다. 용량성 힘/압력 센서는 통상적으로 용이하게 이용 가능한 재료들만을 포함한다.
용량성 센서들에서, 전극의 커패시턴스가 측정된다. 커패시턴스는 환경에 대해 또는 접지 전극과 같은 다른 전극에 대해 측정될 수 있다. 일반적으로, 2개의 작동 원리들이 존재하는 데: (1) 전극에 가까운 (예컨대 2개의 전극들 사이의) 유전체 재료가 변하고, 이는 커패시턴스를 변경하고 그리고/또는 (2) 2개의 전극들 사이의 거리가 변하고, 이는 이들 전극들 사이의 커패시턴스를 변경한다. 이러한 원리들은 당업자에게 공지되어 있다.
예컨대, 특허 출원 제DE102009055121호는 다수의 도전체들 및 그 사이의 탄성 비-도전층을 갖는 힘 센서를 개시한다. 힘을 인가함으로써, 탄성 비-도전층이 변형되고, 이는 도전체들(즉, 전극들) 사이의 커패시턴스의 변화를 발생시킨다.
또한, 출원 제EP2154503호는 탄성 중합체(elastomer)로 제조된 유전체 층을 갖는 용량성 센서를 개시한다. 센서에는 탄성 중합체를 포함하는 전극들이 제공된다.
이러한 센서들에서, 몇몇의 상관된 문제들이 있다. 예컨대, 전극들의 면적은 힘을 정확하게 측정하기 위해 상당히 커야 한다. 또한, 전극의 커패시턴스의 측정은 다른 전극의 커패시턴스의 측정 결과에 영향을 주지 않아야 한다. 또한, 다수의 커패시턴스들이 병렬로, 즉, 동시에 또는 실질적으로 동시에 측정될 수 있다는 것이 유리할 것이다. 예컨대, 높이 뛰기 선서(high jumper)의 성과(performance)를 모니터링할 때, 상당히 높은 샘플링 레이트로 시간의 함수로서 발 아래의 압력 분포가 측정될 수 있어야 한다. 또한, 공간 분해능은 상당히 높아야 하고, 이로써 전극들의 수가 상당히 높아야 한다. 또한, 센서는 착용하기에 편하고 기계적으로 신뢰할 수 있어야 한다.
전술된 양상들 사이에서 양호한 균형을 갖는 힘 및/또는 압력 센서가 개시된다. 힘 및/또는 압력 센서는, 신장성(stretchable) 및 탄성이 있는 층 또는 층들을 포함한다. 센서는 이 층 또는 이들 층들 중 하나에 부착된 신장성 전극들을 더 포함한다. 신장성은 힘 센서의 편안함(comfort)을 향상시킨다. 그러나, 전극들의 배선이 문제들을 제기한다는 것이 인식되었다. 신장성 층 상에서, 신장성 배선은, 그러한 목적들로 사용할 수 있는 신장성 재료들로 인해 상당히 넓어야 할 것이다. 이것은 문제들을 제기하는 데, 왜냐하면 넓은 배선이 전극들의 크기를 감소시키고, 이로써 전체 힘 대신에 로컬 압력만이 측정될 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해, 전극들을 위한 배선은 가요성 포일(flexible foil) 상에 배열된다. 전극들과 대조적으로, 포일 상의 배선은 신장성일 필요는 없다. 따라서, 배선은 상당히 더 좁아질 수 있고, 대응하여, 전극들은 더 커질 수 있다. 더 구체적으로, 본 발명은 제1 항에 개시되어 있다.
또한, 배선이 전극들 사이의 영역들에서 주로 연장되도록 배열되는 경우, 커패시턴스의 측정은 다른 커패시턴스의 측정을 방해하지 않는다. 이러한 실시예 및 다른 실시예는 종속항들에 개시되어 있다.
도 1a는 힘 및/또는 압력 센서의 실시예를 측면도로 도시한다.
도 1b는 도 1a의 힘 및/또는 압력 센서의 섹션(Ib-Ib)을 저면도로 도시한다.
도 1c는 도 1a의 힘 및/또는 압력 센서의 섹션(Ic-Ic)을 상면도로 도시한다.
도 1d는 도 1a의 힘 및/또는 압력 센서의 층들을 저면도로 도시한다.
도 1e는 탄성 및 신장성 층(050)에 부착된 신장성 전극들을 갖는 힘 및/또는 압력 센서의 실시예를 측면도로 도시한다.
도 2는 신장성 층 및 그 위에 배열된 신장성 전극을 저면도로 도시한다.
도 3a는 신장성 층 및 그 위에 배열된 신장성 전극을 저면도로 도시한다.
도 3b는 도 3a의 신장성 층 및 신장성 전극들과 함께 사용되는 가요성 포일을 상면도로 도시한다.
도 3c는 도 3b의 가요성 포일 및 가요성 포일 상에 배열된 배선을 상면도로 도시한다.
도 3d는 도 3a의 신장성 층 및 신장성 전극들과 함께 사용될 수 있는 다른 가요성 포일을 상면도로 도시한다.
도 4a는 신장성 층 및 그 위에 배열된 신장성 인쇄 전극들을 저면도로 도시한다.
도 4b는 신장성 층 및 그 위에 배열된 신장성 텍스타일 전극들을 저면도로 도시한다.
도 4c는 도 4b의 신장성 층 및 신장성 텍스타일 전극들을 갖는 힘 및/또는 압력 센서의 층들을 저면도로 도시한다.
도 5a는 전기 도전층을 갖는 힘 및/또는 압력 센서의 실시예를 측면도로 도시한다.
도 5b는 2개의 전기 도전층들을 갖는 힘 및/또는 압력 센서의 실시예를 측면도로 도시한다.
도 6a는 신장성 층 및 그 위에 배열된 신장성 전극들을 저면도로 도시하고, 신장성 층은 안창을 위해 형상화된다.
도 6b는 도 6a의 신장성 층 및 신장성 전극들과 함께 사용되는 가요성 포일을 상면도로 도시한다.
도 6c는 신장성 층 및 그 위에 배열된 신장성 전극들을 저면도로 도시하고, 신장성 층은 안창을 위해 형상화된다.
도 6d는 도 6c의 신장성 층 및 신장성 전극들과 함께 사용되는 가요성 포일을 상면도로 도시한다.
도 7a-7c는 힘 및/또는 압력 센서의 탄성 변형 가능한 층을 상면도로 도시한다.
도 7d-7f는 힘 및/또는 압력 센서의 탄성 변형 가능한 층을 측면도로 도시한다.
도 8a-8c는 열가소성 지지층을 갖는 힘 또는 압력 센서의 실시예들을 측면도로 도시한다.
본 발명은 압력 및/또는 힘 센서로서 사용하기에 적합한 센서(900)에 관한 것이다. 본 발명의 실시예들에 따른 힘 또는 압력 센서는 비교적 얇다. 즉, 두께는 길이 및 폭 중 더 작은 것보다 더 작다. 센서의 형상은 평면일 수 있다. 더욱이, 센서는 정합(conformable)하고, 이로써, 사용 시에 그 형상은 저장될 때의 형상과 상이할 수 있다. 예컨대, 센서는 평면 형태로 저장될 수 있으며, 예컨대, 미트에 통합될 때, 형상은 미트의 형상과 정합할 수 있다. 실시예들은 평면 형태로 제공되지만, 센서가 임의적으로 만곡된 물체에 부착될 수 있다는 것이 이해된다.
도 1a 및 1e는 힘 및/또는 압력 센서(900)의 실시예들을 측면도로 도시한다. 도면들에서, 방향(Sz)은 힘 및/또는 압력 센서(900)의 방향 두께를 지칭한다. 다른 방향들(Sx 및 Sy)은 Sz 및 서로에 수직이다. 본원의 아래에서, 힘 및/또는 압력 센서(900)는 힘 센서(900)로 지칭되며, 심지어 센서의 일부 실시예들은 압력 및 이러한 방식으로 힘의 적어도 일부를 측정하기에 적합하다. 이 문제는 아래에서 명확하게 될 것이다.
도 1e를 참조하면, 실시예는 탄성 및 신장성 층(050)을 포함한다. 도 1a를 참조하면, 탄성 및 신장성 층(050)은 탄성 층(100) 및 신장성 층(200)을 포함할 수 있다. 신장성 층(200)은 또한 적어도 어느 정도 탄성이 있다.
도 1a의 힘 센서(900)는 탄성 변형 가능한 층(elastic deformable layer)(100)(또는 도 5b의 100a)을 포함한다. 사용 시에, 이 층은 변형되고, 결과적으로, 전극(300)의 커패시턴스가 변한다. 사용 시에 합당한 변형들을 보장하기 위해, 탄성 변형 가능한 층(100)(즉, 탄성 변형 가능한 층(100)의 재료)은 제3 영률(Young’s modulus)(Y100)을 갖는다. 예컨대, 층(100)의 재료는, 층(100)이, 통상적인 사용 시에, 약 1 내지 15%, 이를테면, 최대 30%로 압축되도록 선택될 수 있다. 당연히, 압축은, 공간적 또는 시간적으로 균일할 필요가 없는 압력에 의존한다. 통상적인 압력은 약 2kPa 내지 1000kPa일 수 있으며, 예컨대, 사람이 발 또는 발들로 서있고, 가능하게는 또한 발을 떼는 것이 그러한 압력을 유발할 수 있다. 따라서, 제3 영률(Y100)은, 예컨대, 최대한 15MPa 또는 최대한 5MPa일 수 있다. 또한, 제3 영률(Y100)은, 예컨대 적어도 0.05MPa 또는 적어도 0.2MPa일 수 있다. (작은 영률에 기인한) 큰 변형률(strain)은 탄성 변형 가능한 층(100)의 재료를 사용 시에 변형(creep)되게 할 수 있다. 이는 장기적으로 측정들을 저하시킬 수 있다. 또한, (큰 영률에 기인한) 작은 변형은 측정하기 어렵다.
탄성 변형 가능한 층(100)의 두께(t100)는 중요하지 않다. 응력(stress)은 층(100)에 변형률(즉, 변형(deformation)에 비례함)을 부과하고, 변형률은 전극들의 커패시턴스의 변화에 영향을 미친다. 안창(insole)과 같은 일부 애플리케이션들에서, 탄성 변형 가능한 층(100)의 두께는, 일반적인 신발에 맞는 편안한 센서를 갖기 위해, 예컨대, 1mm 내지 5mm일 수 있다.
실시예에서, 탄성 변형 가능한 층(100)은 폴리우레탄(polyurethane), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리(에틸렌-비닐 아세테이트(ethylene-vinyl acetate)), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride), 폴리보로디메틸실록산(polyborodimethylsiloxane), 폴리스티렌(polystyrene), 아크릴로나이트릴-뷰타다이엔-스티렌(acrylonitrile-butadiene-styrene), 스티렌-부타디엔스티렌(styrene-butadienestyrene), 에틸렌 프로필렌 고무(ethylene propylene rubber), 네오프렌(neoprene), 코르크(cork), 라텍스, 천연 고무, 실리콘 및 열가소성 탄성 중합체 겔(thermoplastic elastomeric gel) 중 적어도 하나를 포함한다.
이들 재료들 중 일부는 Plastazote®, Evazote®, Zotek®, Poron®, Pe-Lite®(medium), Spenco® 및 Sorbothane®이라는 상표명들로 상업적으로 판매된다.
힘 센서는 신장성 층(200)을 포함한다. 층(200)은, 사용 시에, 층이 센서를 포함하는 물체의 형상에 적응하기 위해 신장 가능하다. 예컨대, 미트 또는 안창이 센서를 포함하는 경우, 신장성 층(200)은, 사용 시에, 미트 또는 안창의 동적 형상과 정합하도록 신장될 수 있다. 이러한 방식으로, 신장성은 센서의 편안함을 향상시킨다. 그러나, 상당히 용이하게 신장시키기 위해, 신장성 층(200)(즉, 신장성 층의 재료)은 비교적 작은 제1 영률(Y200)을 갖는다. 실시예에서, 제1 영률(Y200)은 가요성 포일(500)의 영률(Y500)보다 더 작다. 그러나, 센서 내의 변형들을 주로 탄성 변형 가능한 층(100)에 집중시키기 위해, 실시예에서, 제3 영률(Y100)은 제1 영률(Y200)보다 더 작다. 압축들의 위치들이 더 양호하게 제어되기 때문에, 이는 측정 정확성을 향상시킨다.
신장성에 관하여, 신장성 층(200)(즉, 신장성 층(200)의 재료)은 상당히 큰 제1 항복 변형률(εy,200)을 갖는다. 실시예에서, 제1 항복 변형률(εy,200)은 적어도 10 퍼센트이다. 이 값은 많은 애플리케이션들에서 편안한 힘 센서에 대해 충분히 높다고 알려져 있다. 이 값은, 통상적인 변형들이 이 값보다 더 작기 때문에, 신장성 층(200)의 기계적 신뢰성의 관점에서 또한 충분히 높다고 알려져 있다. 대안적으로, 제1 항복 변형률(εy,200)은 적어도 20 퍼센트 또는 적어도 30 퍼센트일 수 있다. 또한, 신장성 층(200)(즉, 신장성 층의 재료)은 전기적으로 절연된다. 본 설명 전반에 걸쳐, 전기적으로 절연 재료는 20℃의 온도에서 저항률(resistivity)(즉, 특정 전기 저항)이 100 Ωm을 초과하는 재료를 지칭한다.
신장성 층(200)은 적절한 중합체 막으로 제조될 수 있다. 신장성 층(200)은 적절한 패브릭으로 제조될 수 있다. 실시예에서, 신장성 층(200)은 열가소성 폴리우레탄(TPU)의 막과 같은 중합체 막을 포함한다. TPU는 폴리에스테르계 TPU 및/또는 폴리에테르계 TPU를 포함할 수 있다. 실시예에서, 신장성 층은 패브릭, 예컨대, 폴리아미드(이를테면, 나일론) 또는 폴리에스테르를 포함한다. 신장성 층(200)은 패브릭 및 막을 포함할 수 있다.
힘 센서는 적어도, 신장성 층(200), 또는 탄성 및 신장성 층(050)에 부착된 제1 신장성 전극(301) 및 제2 신장성 전극(302)을 포함한다. 개별 신장성 전극들은 참조 부호들(301, 302, 303,...)로 지칭되는 반면에, 신장성 전극들은 일반적으로 참조 부호(300)로 지칭된다. 신장성 전극들(300)은 전기 도전성 재료로 제조된다. 본 설명 전체 걸쳐, 전기 도전성 물질은, 20℃의 온도에서 저항률(즉, 특정 전기 저항)이 1 Ωm 미만인 재료를 지칭한다. 신장성 전극들(300)을 서로 전기적으로 절연시키기 위해, 제1 신장성 전극(301)은 제2 신장성 전극(302)으로부터 거리(d1)만큼 떨어져 배열된다(도 1b 참조). 신장성 전극들(300)의 신장성에 관하여, 신장성 전극들(300)은 제2 항복 변형률(εy,300), 즉, 실시예에서, 적어도 10 퍼센트를 갖는다. 이 값은 많은 애플리케이션들에서 정합하는 힘 센서에 대해 충분히 높은 것으로 알려져 있다. 정합하는 센서는 착용하기에 편안하고, 가변 로드 하에서 기계적으로 신뢰할 수 있다. 이 값은, 통상적인 변형들이 이 값보다 더 작기 때문에, 신장성 전극들(300)의 기계적 신뢰성의 관점에서 또한 충분히 높은 것으로 알려져 있다. 대안적으로, 제2 항복 변형률(εy,300)은 적어도 20 퍼센트 또는 적어도 30 퍼센트일 수 있다. 통상적으로 제2 항복 변형률(εy,300)은 제1 항복 변형률(εy,200) 미만이다. 통상적인 바와 같이, 제1 및 제2 전극들 사이의 거리(d1) 및 전극들(i 및 j) 사이의 거리(d1,i,j)는 2개의 전극들의 가장 가까운 지점들 사이의 거리, 즉, 2개의 전극들 사이의 가장 작은 거리를 지칭한다.
실시예에서, 신장성 전극(301, 302) 또는 모든 신장성 전극들(300)은 도전성 잉크로 제조된다. 실시예에서, 신장성 전극(301, 302) 또는 모든 신장성 전극들은 전기적으로 도전성 패브릭 또는 섬유들로 제조된다. 실시예에서, 신장성 층(200)은 TPU를 포함하고, 신장성 전극들(300)은 도전성 잉크로 제조된다. 실시예에서, 신장성 층(200)은 신장성 전극들(300) 사이에 비-도전성 패브릭을 포함하고, 신장성 전극들(300) 또는 그의 적어도 일부는 금속, 이를테면, 은으로 코팅된 폴리아미드 또는 폴리에스테르와 같은 도전성 패브릭을 사용하여 제조되었을 수 있다. 대안적으로 또는 게다가, 도전성 잉크는 패브릭과 조합하여 신장성 전극들(300) 또는 그의 적어도 일부를 형성하는 데 사용될 수 있다.
도전성 잉크들 및 패브릭들은 통상적으로 서로 부착되는 전기적으로 도전성 입자들, 이를테면, 플레이크들 또는 나노입자들을 포함한다. 따라서, 실시예에서, 제1 신장성 전극(301)은 전기 도전성 방식으로 서로 부착된 전기 도전성 입자들, 이를테면, 플레이크들 또는 나노입자들을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 전기 도전성 입자들은 탄소, 구리, 은 및 금 중 적어도 하나를 포함한다.
도 4a를 참조하면, 제1 신장성 전극(301)은 도전성 잉크로 제조될 수 있으며, 이로써 제1 신장성 전극(301)은 상당히 균질하다. 이러한 신장성 전극은, 전극의 면적과 실질적으로 동일한 면적에서 커패시턴스의 변화들을 검출하도록 구성된다. 따라서, 이러한 신장성 전극이 압력을 측정하도록 구성된 유효 면적(A301)(도 1b 및 4a 참조)은 신장성 전극(301) 자체의 면적과 동일하다. 본원에서, 면적은, 센서(900)의 두께의 방향에 평행한 표면 법선(surface normal)을 갖는 평면 상의 신장성 전극의 단면적을 지칭한다.
그러나, 도 4b를 참조하면, 제1 신장성 전극(301)은, 예컨대, 그 외에도 비-도전층(200), 예컨대, 텍스타일 층 상에 재봉(sew)될 수 있다. 따라서, 신장성 전극(301)은 금속 코팅된 폴리아미드 또는 폴리에스테르와 같은 도전성 방적사들(conductive yarns)의 메시(mesh)로 제조될 수 있다. 또한, 이러한 신장성 전극이, 신장성 전극의 외부 에지에 의해 한정되는 면적과 실질적으로 동일한 면적에서의 커패시턴스의 변화들을 검출하도록 구성된다는 것이 주목된다. 따라서, 이러한 신장성 전극이 압력을 측정하도록 구성된 유효 면적(A301)(도 4b)은, 도전성 방적사들의 면적이 더 작을지라도, 신장성 전극(301)의 외부 에지에 의해 한정된 면적과 동일하다. 봉제에 대한 대안으로서, 메시의 형상을 갖는 전극은 도전성 잉크로 인쇄될 수 있다. 명백한 바와 같이, 양자의 타입들의 전극들에서, 신장성 전극의 유효 면적은 신장성 전극(301)의 외부 에지에 의해 한정된 영역과 동일하다.
당업자에게 공지된 바와 같이, 힘(즉, 총 힘)은, 힘이 작용하는 표면에 걸친 압력의 적분(integral)이다. 따라서, 압력(즉, 로컬 압력) 이외에 힘(즉, 총 힘)을 측정할 수 있기 위해, 바람직하게는 실질적으로 모든 측정 면적이 신장성 전극들(300)로 커버되어야 한다. 따라서, 전술된 거리(d1)는 작아야 한다. 반면에, 거리(d1)가 너무 작으면, 이웃 전극들(300)이 서로 용량성으로 커플링될 수 있고, 이는 측정들을 방해할 수 있다.
도 3a를 참조하면, 실시예에서, 각각의 신장성 전극 i(301, 302, 303,..., 315, 316)는 각각의 다른 신장성 전극 j(316, 301, 302, 303,..., 315)로부터 거리(d1,i,j)만큼 떨어져 위치된다. 도 3a에서, 거리들(d1,301,302 및 d1,301,311)만이 도시된다. 실시예에서, 거리들(d1,i,j)의 최소치는 적어도 1mm, 바람직하게는 적어도 2mm이다. 이러한 최소 기리는 신장성 전극들의 분리를 개선하여, 전극들 사이의 더 적은 용량성 커플링을 발생시킨다. 결과적으로, 측정들 동안에 그로부터 발생하는 외란들(disturbances)이 감소될 것이다.
바람직한 구성을 특징으로 하는 대안적인 또는 추가적인 방식은, 전극(300)과 그 전극에 가장 가까운 다른 전극 사이의 거리가 상당히 작아야 한다는 것이다. 이것은, 대부분의 신장성 층(200)이 전극들에 의해 커버되는 것을 보장하고, 이는 힘을 측정하기 위한 정확성을 향상시킨다. 이것은 거리들(d1,i,j)로 표현될 수 있다. 전극(i)이 주어지면, 전극 jm(i)은, 그 전극이 전극(i)에 가장 가깝도록 선택된다. 즉, 전극(i)이 주어지면, jm(i)은 주어진 전극(i)에 대한 거리들(d1,i,j)의 최소치를 발생시키는 전극(j)이다. 예로서, 도 3a에서, 전극(302)은 전극(301)에 가장 가깝다. 따라서 jm(301)은 302와 동일하고, d1,301,302는 d1,301,jm(301)과 동일하다. 바람직한 전극 구성에서, 각각의 2개의 가장 가까운 전극들은 서로 상당히 가깝다. 더 구체적으로, 실시예에서, d1,i,jm(i)의 최대치는 최대 15mm, 바람직하게는 최대 10mm, 또는 최대 5mm이다. 각각의 전극(i)을 후속으로 고려함으로써 최대치가 알려질 수 있다.
실시예에서, 힘 센서(900)는, 신장성 층(200)(또는 층(050))에 부착된 적어도 15개의 신장성 전극들(300)을 포함한다. 또한, 신장성 전극들(300) 각각은 신장성 전극들(300)의 다른 모든 신장성 전극들로부터 일정 거리(d1,i,j)만큼 떨어져 배열된다. 상기 거리(d1,i,j)만큼 서로 전기적으로 절연된 신장성 전극들의 수는 센서의 공간 정확성과 상관된다. 더 많은 전극(300)이 사용될수록, 공간 정확성이 더 양호하다. 바람직한 실시예에서, 예컨대, 도 6c의 실시예에서, 신장성 전극들의 수는 적어도 20개, 이를테면, 23개이다.
신장성 전극들(300)의 면적에 관하여 그리고 도 1b를 참조하면, 실시예에서, 신장성 전극들(300)의 총 유효 단면적(A300)은 신장 층(200)의 총 단면적(A200)의 적어도 50%, 적어도 70%, 또는 적어도 80%이다. 본원에서, 신장성 전극들(300)의 총 유효 단면적(A300)은 신장성 전극들의 유효 면적들의 합, 예컨대, 도 1b에서, 제1 신장성 전극(301)과 제2 신장성 전극(302)의 유효 면적들의 합을 지칭한다. 유효 면적에 관하여, 위를 참조하라. 명백한 바와 같이, 단면적들은, 센서(900)의 두께의 방향에 평행하는 표면 법선을 갖는 단면 평면 상에 한정된다.
도 1a를 참조하면, 실시예에서, 신장성 층(200)은 제1 신장성 전극(301)과 탄성 변형 가능한 층(100) 사이에 배열된다. 통상적인 애플리케이션에서, 탄성 변형 가능한 층(100)이 신장성 층(200)과 직접적으로 접촉하고, 즉, 신장성 전극들(300)이 탄성 변형 가능한 층(100)과 신장성 층(200) 사이에 배열되지 않는다면, 센서는 사용하기에 더 편하다.
도 1e에 표시된 바와 같이, 실시예에서, 탄성 및 신장성 층(050)은 신장성 층(200) 및 탄성 층(100) 둘 모두의 목적들로 기능한다. 신장성 층(200)에 대한 신장성 전극들(300)에 관하여 언급된 것은 또한 탄성 및 신장성 층(050)에 대하여 신장성 전극들(300)에 적용된다. 또한, 신장성 층(200)의 신장성, 특히 제1 항복 변형률(εy,200)에 관하여 언급된 것은 또한 탄성 및 신장성 층(050)에 적용된다. 또한, 신장성 층(200)의 전기적 컨덕턴스에 관하여 언급된 것은 또한 탄성 및 신장성 층(050)에 적용된다. 또한, 탄성 변형 가능한 층(100)의 탄성, 특히 그의 영률에 관하여 언급된 것은 또한 탄성 및 신장성 층(050)에 적용된다. 따라서, 탄성 및 신장성 층(050)의 영률(Y050)은 층(100)에 대해 위에 논의된 한계들 내에 있을 수 있다. 또한, 탄성 변형 가능 층(050)의 두께(t100) 또는 두께(t100)의 방향에 관하여 언급된(또는 언급될) 것은 탄성 변형 가능한 층(100)의 두께(t050) 또는 두께(t050)의 방향에 적용된다.
도 1a 및 1c를 참조하면, 힘 센서(900)는 제2 영률(Y500)을 갖는 가요성 포일(500); 및 가요성 포일(500)에 부착된 전기 도전성 배선(400)을 더 포함한다. (신장성 층(200))의 제1 영률(Y200)은 제2 영률(Y500) 미만이다. 이러한 방식으로, 가요성 포일(500)은 신장성 층(200)보다 더 많은 변형들을 견딘다.
제1 및 제2 영률들 사이의 차이들에 관하여, 제1 영률(Y200)은, 예컨대, 제2 영률(Y500)보다 적어도 25%, 적어도 50%, 또는 적어도 75% 더 적을 수 있다.
영률들 간의 차이는, 사용 시에, 가요성 포일(500)의 장력 변형률(tensile strain)이 작다는 효과를 갖고, 이로써 가요성 포일(500)에 부착된 배선(400)이 신장성일 필요는 없다. 이것은, 배선(400)이 신장성이 있는 경우보다 훨씬 더 좁아 질 수 있다는 추가적인 효과를 갖는다. 예컨대, 실시예에서, 전기 도전성 배선(400)은, 최대 200㎛ 또는 최대 150㎛의 폭(W400)을 갖는 와이어들(401, 402)을 포함한다. 더 바람직하게는, 전기 도전성 배선(400)은 그러한 와이어들(401, 402)로 구성되고, 와이어들(401, 402)의 적어도 50% 또는 적어도 60%는 최대 200㎛ 또는 최대 150㎛의 폭(W400)을 갖는다. 본원에서, 주어진 폭을 갖는 비율들이 길이-방향으로(length-wise) 주어진다. 따라서, 예컨대, 와이어들의 총 길이가 1000mm, 예컨대, 적어도 500mm이면, 와이어들은 최대 200㎛의 폭을 가질 수 있다.
당업자에게 공지된 바와 같이, 포일의 가요성은 포일의 두께의 3 승(power)에 반비례한다. 따라서, 가요성 포일은 사용 시에 자신의 가요성을 보장하기 위해 충분히 얇아야 한다. 실시예에서, 가요성 포일(500)의 두께(t500)는 최대 0.5mm이다. 가요성 포일(500)의 두께(t500)는, 예컨대, 0.4mm 미만일 수 있다. 실시예에서, 가요성 포일은 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리에틸렌 나프탈레이트 및 폴리에테르 에테르 케톤 중 적어도 하나를 포함한다.
또한, 편안한 센서(900)를 갖기 위해, 바람직하게는 대부분의 센서(900)는 신장성이 있거나 적어도 신장성이 있는 것으로 느껴진다. 역으로, 전술된 의미에서 비-신장성 포일(500)일 수 있는 가요성 포일(500)은 신장성 층(200)과 비교하여 작을 수 있다. 따라서, 실시예에서, 가요성 포일(500)의 단면적은 최대 신장성 층(200)의 단면적의 절반이다. 본원에서, 단면적들은, 센서(900)의 두께의 방향과 평행한 표면 법선을 갖는 평면들 상의 단면적들을 지칭한다. 이들 실시예들 중 일부에서, 가요성 포일(500)의 단면적은 신장성 층(200)의 단면적의 최대 1/3 또는 최대 1/4이다. 이러한 실시예들은, 예컨대, 도 1d, 3d 및 6d에 도시된다.
힘 센서(900)에서, 전기 도전성 배선(400)의 적어도 일부는 전기적으로 도전성 방식으로 제1 신장성 전극(301)에 커플링되고; 전기 도전성 배선(400)의 적어도 일부는 전기 도전성 방식으로 제2 신장성 전극(302)에 커플링된다. 이러한 방식으로, 센서(900)는 배선(400)과 신장성 전극들(300) 사이의 연결부들(490)을 포함한다. 연결부는 전기 도전성이다. 연결부들(490)은, 연결부의 전기 저항률이 최대 10 Ω이 되도록 제조될 수 있다. 게다가 또는 대안적으로, 연결부(490)의 재료는 전술된 의미에서 전기 도전성일 수 있다.
실시예에서, 연결부(490)는 전기 도전성 접착제로 제조되는 데, 즉, 경화된 전기 도전성 접착제를 포함한다. 이러한 접착제들은 등방 도전성 접착제들(isotropically conductive adhesives) 및 이방 도전성 접착제들(anisotropically conductive adhesives)을 포함한다. 연결부(490)는 이방 도전성 접착제와 같은 도전성 테이프를 사용하여 형성될 수 있다. 도전성 접착제들은 통상적으로 매트릭스 재료에 혼합되는 니켈, 흑연 또는 은 입자들을 포함한다. 매트릭스 재료는, 자신의 경화 동안에 접착제의 수지의 중합화(polymerization)에 의해 형성된 경화된 중합체일 수 있다. 수지는 에폭시 수지일 수 있다. 이러한 접착제의 예는 LOCTITE ABLESTIK CA 3150 및 Hysol ECCOBOND CA3150이라는 명칭들로 알려져 있다. 또한, 연결부들(490)은 갈바니(galvanic)일 수 있으며, 이로써 연결부는 일부 땜납을 포함할 수 있으며, 땜납은 주석을 포함할 수 있다. 일반적으로 이용 가능한 땜납들은 주석-납, 주석-구리-은 및 주석-아연-구리 땜납 합금들을 포함한다.
도 3c 및 4c에 표시된 바와 같이, 배선(400)은 와이어들(401, 402, 403,..., 416)을 포함한다. 와이어들(401, 402, 403,..., 416)은 서로 전기적으로 절연된다. 또한, 각각의 신장성 전극에 적어도 하나의 와이어가 전기 도전성 방식으로 커플링된다. 예컨대, 실시예에서, 와이어(401)와 같은 전기 도전성 배선(400)의 적어도 일부는 전기 도전성 연결부(490)를 사용하여 제1 신장성 전극(301)에 커플링된다. 실시예에서, 와이어(402)와 같은 전기 도전성 배선(400)의 적어도 일부는 전기 도전성 연결부(490)를 사용하여 제2 신장성 전극(302)에 커플링된다.
또한, 통상적으로, 와이어는 하나의 신장성 전극에만 전기 전도 방식으로 커플링된다. 이것은 센서의 공간 분해능을 개선하기 위한 것이고, 즉, 각각의 신장성 전극은 실질적으로 신장성 전극의 위치에서만 힘 또는 압력을 측정하는 데 사용될 수 있다.
전극에 연결된 와이어는, 자신이 연결된 신장성 전극과 중첩된다. 본원에서 "중첩"이라는 용어는, 신장성 전극의 경계들에 의해 한정되는 영역이 와이어의 적어도 하나의 돌출부를 포함하고, 돌출부가 영역 상에 센서(900)의 두께의 방향으로 돌출된다는 것을 의미한다. 또한, 바람직하게는, 각각의 와이어는 하나의 전극에만 중첩된다. 이는, 제1 신장성 전극(301)을 사용한 측정이 제2 신장성 전극(302)을 사용한 측정을 방해하지 않는 것을 보장한다.
게다가 또는 대안적으로, 실시예에서, 배선(400)의 적어도 일부는 신장성 전극들(300) 중 어느 것과도 중첩하지 않도록 배열된다. 예컨대, 실시예에서, 배선(400)의 최대 25%(길이-방향으로 측정된 퍼센티지, 위에 참조)는 신장성 전극(300)을 (전술된 의미에서) 중첩하도록 배열된다. 상응하여, 신장성 층(200)에 부착된 모든 그러한 신장성 전극들(300, 301, 302, 303, 304, 305, 306) 외부의 신장성 층(200) 상에 전극이 없는 공간(210)(도 1b 참조)이 남겨진다. 실시예에서, 전기 도전성 와이어(400)의 적어도 일부는 전극이 없는 공간(210)과 중첩하도록 배열된다. 따라서, 전극이 없는 공간(210)은 배선(400)의 돌출부의 적어도 일부를 포함하고, 돌출부는 센서(900)의 두께의 방향으로 전극이 없는 공간(210)으로 돌출된다. 다시 말해서, 전기 도전성 배선(400)의 적어도 일부는 전극이 없는 공간(210)의 위에 또는 아래에 배열된다. 위에 표시된 바와 같이, 실시예에서, 전기 도전성 배선(400)의 적어도 75%는 전극이 없는 공간(210)과 중첩하도록 배열된다. 또한, 이는, 제2 신장성 전극(302)을 사용하는 측정에 대해 제1 신장성 전극(301)을 사용하는 측정이 갖는 외란들을 감소시킨다.
또한, 실시예에서, 배선(400)의 적어도 일부는 센서(900)의 중앙 영역에 배열된다. 바람직하게는, 배선(400)의 대부분은 센서(900)의 중앙 영역에 배열된다. 이것은 2개의 효과들을 갖는다. 첫째, 통상적인 사용에서, 센서의 경계들이 가장 높은 기계 변형률들, 특히 두께 이외의 방향의 변형률들에 노출된다는 것이 알려져 있다. 상응하게, 이러한 변형률들은 중앙에서 더 낮다. 가요성 포일(500)이 사실상 신장성이 없기 때문에, 포일(500) 및 배선을 중앙 영역에 적용하는 것은 센서(900)의 기계적 신뢰성을 향상시킨다. 둘째, 이러한 방식으로, 센서(900)는 형상화하기 위해 절단될 수 있다. 특히, 센서(900)의 기능에 영향을 주지 않고서, 센서(900)의 경계들이 절단될 수 있다. 이러한 방식으로, 유사한 센서들(900)이 제조될 수 있고, 그들은 필요에 따라 형상화하기 위해 절단될 수 있다. 예컨대, 하나의 크기, 즉, 큰 안창이 생산될 수 있고, 안창은 사용자의 신발에 맞게 절단될 수 있다. 따라서, 실시예에서, 전기 도전성 배선(400)의 적어도 90%는 신장성 층(200)의 경계로부터 제2 거리(d2)(도 1d 참조)만큼 떨어져 배열된다. 실시예에서, 제2 거리(d2)는 신장성 층(200)의 길이(L200) 및 폭(W200) 중 더 작은 것의 적어도 5%이다. 실시예에서, 제2 거리(d2)는 적어도 5mm이다. 실시예에서, 전기 도전성 배선(400)의 적어도 95%는 신장성 층(200)의 경계로부터 제2 거리(d2)만큼 떨어져 배열된다.
배선의 바람직한 배열을 설명하는 대안적인 방식은 신장성 전극들(300)의 구성을 고려하는 것이다. 도 4a 및 4b를 참조하면, 모든 신장성 전극들(300)은 센서(900)의 두께의 방향에 평행한 표면 법선을 갖는 평면의 볼록 영역 내에 배열된다. 모든 신장성 전극들(300)을 포함하는 이러한 볼록 영역들 중 가장 작은 영역은 도 4a 및 4b에서 참조 부호(390)로 표기된다. 도면들에서, 그러한 영역의 경계만이 도시된다. 종래와 같이, "볼록 영역"이라는 용어는, 평면의 그 부분의 임의의 2개의 지점들을 연결하는 섹션이 평면의 그 부분 내에 완전히 포함되는 평면의 그러한 부분을 지칭한다. 일부 실시예에서, 그러한 가장 작은 볼록 영역은 신장성 층(200)에 의해 포함된다. 그러나, 신장성 층(200)의 형상이 볼록하지 않은 경우, 가장 작은 볼록 영역이 신장성 층(200)에 포함되지 않는 것이 가능하다. 이것은, 예컨대, 도 6c의 경우이다. 실시예에서, 배선(400)의 적어도 90% 또는 적어도 95%는, 모든 신장성 전극들(300)을 포함하는 가장 작은 볼록 영역(390)과 중첩된다.
도 1b에서, 와이어(401)가 부착되는 위치는 p401로 표기된다. 이러한 위치는 접촉 포지션으로 지칭될 수 있다. 대응하는 방식으로, 와이어(402)가 부착되는 위치는 p402로 표기된다. 배선(400)은, 접촉 포지션들(p401, p402)에 연결되도록 배열된 패드들을 포함할 수 있다. 유사한 위치들이 도 2 및 3a에 또한 도시된다. 접촉 포지션들(p401, p402,...)의 위치들은, 배선(400)의 길이가 최소화되도록 최적화된다. 이러한 방식으로, 배선(400)의 저항이 또한 작다. 도 1d에 표시된 바와 같이, 와이어(401)는 접촉 포지션(p401)에 부착되고, 와이어(402)는 접촉 포지션(p402)에 부착된다.
힘 센서(900)에서, 신장성 층(200), 제1 및 제2 신장성 전극들(301, 302), 가요성 포일(500), 및 전기 도전성 배선(400)은 탄성 변형 가능한 층(100)의 동일한 측 상에 남겨진다. 이것은 힘 센서의 제조 가능성을 돕는다.
도 1c, 1d 및 4c를 참조하면, 힘 센서(900)의 실시예는 전기 도전성 방식으로 전기 도전성 와이어(400)에 부착된 적어도 하나의 집적 회로(700)를 포함한다. 도 1d 및 4c에 관하여, 배선(400) 및 회로(700)가 이들 도면들에서 가요성 포일(500) 아래에 남겨진다는 것이 주목된다. 그러나, 배선(400) 및 회로(700)는 명료함을 위해 도면들에 도시된다. 도 1b 및 1c에서, 도전성 물질(400, 300)이 대응하는 기판(500, 200 각각)의 최상부에 있도록 하는 뷰(상면도 또는 저면도)가 선택된다.
또한, 힘 센서(900)의 실시예는 집적 회로(700)에 전력을 공급하도록 구성된 배터리를 포함한다. 바람직하게는, 배터리는 재충전 가능하다. 집적 회로(700)는 신장성 전극들(300)의 적어도 하나의 커패시턴스를 측정하도록 구성된다. 바람직하게는, 집적 회로(700)는, 신장성 전극들(300) 각각의 커패시턴스를 개별적으로 측정하도록 구성된다. 실시예에서, 집적 회로(700)는 측정 결과들을 외부 제어 유닛에 전송하도록 구성된다. 실시예에서, 집적 회로(700)는 측정 결과들을 무선으로 외부 제어 유닛에 전송하도록 구성된다. 이것은 측정 데이터를 실시간으로 분석할 수 있게 한다. 실시예에서, 집적 회로(700)는 힘 센서(900)의 메모리, 이를테면, 집적 회로(700)의 메모리에 측정 결과들을 저장하도록 구성된다. 이것은 적어도 측정들 후 측정 데이터를 분석할 수 있게 한다.
실시예에서, 집적 회로(700)는 다른 힘 센서로부터 데이터를 수신하도록 구성된다. 또한, 실시예에서, 집적 회로(700)는 이러한 데이터를 다른 외부 제어 유닛으로 전송(즉, 송수신)하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 다수의 힘 센서들은 측정 데이터를 다른 센서들을 통해 외부 제어 유닛으로 전송할 수 있다.
위에 논의된 센서 구조의 경우, 어떤 것에 대해 신장성 전극(300)의 커패시턴스를 측정하는 것이 가능하다. 커패시턴스는 다른 신장성 전극(300)에 대하여 측정될 수 있다. 예컨대, 모든 다른 신장성 전극들(300)은 공통 접지를 형성할 수 있고, 이에 대해 커패시턴스가 측정될 수 있다. 따라서, 후속하여, 모든 신장성 전극들(300)의 커패시턴스가 측정될 수 있다. 그러나, 이것은 샘플링 레이트를 감소시킨다. 환경에 대해 커패시턴스를 측정하는 것이 또한 가능한다. 그러나, 이것은 정확한 결과들을 제공하지 않는다.
따라서, 도 5a를 참조하면, 센서(900)의 바람직한 실시예는 제1 전기 도전층(600)(또는 600a)을 포함한다. 탄성 및 신장성 층(050)은 전극(300)과 제1 전기 도전층(600) 사이에 배열된다. 탄성 변형 가능 층(050)이 탄성 변형 가능한 층(100) 및 신장성 층(200)을 포함할 때, 탄성 변형 가능한 층(100)은 제1 전기 도전층(600)과 신장성 층(200) 사이에 배열된다. 이러한 방식으로, 제1 전기 도전층(600)은 접지 전극의 역할을 할 수 있고, 이에 대해 신장성 전극들(300) 각각의 커패시턴스가 측정된다. 이러한 구성에서, 탄성 변형 가능한 층(100)의 압축은 2개의 전극들(즉, 제1 전기 도전층(600) 및 신장성 전극(300), 이를테면, 제1 신장성 전극(301)) 사이의 거리에 영향을 준다. 당업자에게 알려진 바와 같이, 상기 2개의 전극들에 의해 형성된 그러한 커패시터의 커패시턴스는 전극들 사이의 거리에 반비례한다. 커패시턴스를 측정함으로써 전극들 사이의 거리가 계산될 수 있다. 거리로부터, 탄성 변형 가능한 층(100) 내의 변형률이 결정될 수 있다. 층(100)의 재료가 알려지기 때문에, 변형률은 변형 가능한 층(100) 내의 응력(즉, 압력)을 한정한다. 이러한 방식으로, 각각의 신장성 전극에서의 압력이 결정될 수 있다. 또한, 신장성 전극의 유효 면적이 알려지기 때문에, 신장성 전극에 영향을 주는 힘이 결정될 수 있다. 마지막으로, 전극들이 센서의 총 단면적을 실질적으로 커버한다면, 전체 힘이 측정될 수 있다.
제1 전기 도전층(600)(또는 600a)의 재료에 관하여, 제1 전기 도전층(600)은 다음 중 적어도 하나를 포함할 수 있다:
- 도전성 잉크로 제조된 전기 도전성 물질,
- 전기 도전성 패브릭, 및
- 전기 도전성 중합체.
전기 도전성 중합체는 중합체로 제조된 막일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 전기 도전층(600)은 전기 도전성 방식으로 서로 부착된 전기 도전성 입자들, 이를테면, 플레이크 또는 나노입자들을 포함한다. 이들 실시예들 중 일부에서, 전기 도전성 입자들은 탄소, 구리, 은 및 금 중 적어도 하나를 포함한다.
습도(또는 물)가 측정 결과들에 영향을 줄 수 있음이 또한 알려져 있다. 적합한 일반적으로 착용 가능한 센서들은, 땀이 센서(900)에 습기를 유입하는 방식으로 사용된다. 특히, 습기가 전극들(300)에 가깝게 될 때, 습기는 측정들에 많은 영향을 줄 수 있다.
도 5b를 참조하면, 과도한 습기에 관련된 문제들을 방지하기 위해, 힘 센서(900)의 실시예는 추가적인 탄성 변형 가능한 층(100b) 및 제2 전기 도전층(600b)을 포함한다. 추가적인 탄성 변형 가능한 층(100b)은 제2 전기 도전층(600b)과 신장성 층(200) 사이에 배열된다. 또한, 신장성 층(200)의 적어도 일부는 탄성 변형 가능한 층(100)과 추가적인 탄성 변형 가능한 층(100b) 사이에 배열된다. 따라서, 신장성 층(200)의 적어도 일부는 제1 전기 도전층(600a)과 제2 전기 도전층(600b) 사이에 배열된다. 실시예에서, 적어도 제1 신장성 전극(301)은 제1 전기 도전층(600a)과 제2 전기 도전층(600b) 사이에 배열된다. 실시예에서, 모든 신장성 전극들(300)은 제1 전기 도전층(600a)과 제2 전기 도전층(600b) 사이에 배열된다.
제1 전기 도전층(600, 600a)의 재료에 관하여 언급된 것은 제2 전기 도전층(600b)의 재료에 적용된다. 탄성 변형 가능한 층(100, 100a)의 재료에 관하여 언급된 것은 추가적인 탄성 변형 가능한 층(100b)에 적용된다.
이러한 센서들에 관련된 문제는 탄성 변형 가능한 층(100, 100a) 및/또는 추가적인 탄성 변형 가능한 층(100b)의 재료의 선택이다. 위에 표시된 바와 같이, 층의 영률은 상당히 작아야 한다. 그러나, 부드럽고 그리고/또는 작은 영률을 갖는 많은 재료는 변형되는 것으로 알려져 있다. 반면에, 탄성 변형 가능한 층(100, 100a, 100b)의 영구 압축이 측정 결과들에 영향을 줄 것이기 때문에, 변형은 바람직하지 않다.
도 7a 내지 7c를 참조하면, 이러한 문제를 해결하기 위해, 실시예에서, 탄성 변형 가능한 층(100, 100a)은, 탄성 변형 가능한 층(100)의 두께(t100)의 방향으로 연장되는 홀들(110)을 한정한다. 이러한 홀들(110)은 사실상 재료를 더 부드럽게 만든다. 따라서, 홀들(110)을 가짐으로써, 더 단단한 재료 및/또는 더 높은 영률을 갖는 재료를 사용하는 것이 가능하다. 이러한 재료는 통상적으로 더 부드러운 재료들보다 상당히 더 적게 변형된다. 홀들(110)의 효과는, 변형 가능한 고체 재료를 포함하는 탄성 변형 가능한 층(100)의 그 부분의 면적을 간단히 감소시키는 것이다. 면적이 감소함에 따라 유사한 힘들이 더 높은 응력을 발생시킨다. 명백하게 도시되지 않지만, 대안적으로 또는 게다가, 추가적인 탄성 변형 가능한 층(100b)은 대응하는 홀들을 한정할 수 있다.
바람직하게는, 홀들(110)의 총 단면적(A110)은 탄성 변형 가능한 층(100)의 단면적(A100)의 적어도 5% 또는 적어도 10%를 구성한다. 본원에서 단면은 두께의 방향에 평행한 표면 법선을 갖는 평면 상의 단면을 지칭한다. 또한, 홀들(110)의 총 단면적(A110)은 개별 홀들(110)의 단면적들의 합을 지칭한다. 또한, 탄성 변형 가능한 층(100)의 단면적(A100)은 탄성 변형 가능한 층(100)의 외부 경계에 의해 한정되는 단면의 면적을 지칭한다. 따라서, 탄성 변형 가능한 층(100)의 단면적(A100)은 홀들(110)의 총 단면적(A110), 및 변형 가능한 층(100)의 변형 가능한 고체 재료를 포함하는 탄성 변형 가능한 층(100)의 그 부분의 면적으로 구성된다. 그러나, 탄성 변형 가능한 층(100)의 작은 부분만이 홀들을 한정하는 것이 가능하고, 이로써 홀들(110)의 총 단면적(A110)이 작을 수 있다.
실시예에서, 홀들(110) 중 적어도 일부는 탄성 변형 가능한 층(100, 100a)의 제1 측(102, 102a)(도 5a 및 5b 참조)으로부터 탄성 변형 가능한 층(100, 100a)을 통해 탄성 변형 가능한 층(100)의 제2 측(104, 104a)으로 연장된다. 연화(softening) 이외에, 이러한 관통-홀들은 센서(900)의 환기(ventilation)를 향상시킬 수 있다. 센서(900)가 추가적인 탄성 변형 가능한 층(100b)을 포함하는 경우, 실시예에서, 적어도 일부 홀들은 추가적인 탄성 변형 가능한 층(100b)의 제1 측(102b)(도 5b 참조)으로부터, 추가적인 탄성 변형 가능한 층(100b)을 통해, 추가적인 탄성 변형 가능한 층(100b)의 제2 측(104b)으로 연장된다.
도 7a 내지 7c, 특히 7b 및 7c를 참조하면, 홀들(110)은 탄성 변형 가능한 층(100)의 로컬 유효 경도를 엔지니어링하는 데 사용될 수 있다. 홀들을 사용함으로써, 동일한 재료가 영역들 둘 모두에서 사용되더라도, 영역은 다른 영역보다 더 부드럽게 될 수 있다. 상응하게, 로드(load)(힘 또는 압력)가 작은 것으로 알려진 영역들에서, 많은 홀들은 재료를 많이 부드럽게 하도록 만들어질 수 있다. 많은 홀들은 변형 가능한 층(100)의 대응하는 영역에 비례하는 홀들의 총 단면적을 지칭한다. 홀들의 크기 및/또는 수를 증가시킴으로써, 재료는 더 부드럽게 만들어질 수 있다. 도 7b는 홀들(110)에 의해 제조된 더 단단한 영역 및 더 부드러운 영역을 나타내며, 홀들의 크기는 동일하지만 그들의 밀도 수는 변한다. 도 7b는 홀들(110)에 의해 제조된 더 단단한 영역 및 더 부드러운 영역을 나타내며, 홀들의 크기뿐만 아니라 그들의 밀도 수는 변한다. 당연히, 홀들의 크기에만 영향을 주는 것이 가능할 것이다.
도 7b 및 7c에서, 탄성 변형 가능한 층(100)은 제1 영역(100A) 및 제2 영역(100B)을 포함한다. 제2 영역(100B)은 제1 영역(100A)의 일부를 포함하지 않는다. 제1 영역(100A)은, 탄성 변형 가능한 층(100)의 두께(t100)의 방향으로 연장되는 제1 홀들(110A)을 한정한다. 제1 홀(A110A)의 총 단면적은 제1 영역(100A)의 단면적(A100A)의 제1 부분(A110A/A100A)을 구성한다. 또한, 제2 영역(100B)은 탄성 변형 가능한 층(100)의 두께(t100)의 방향으로 연장되는 제2 홀(110B)을 한정한다. 제2 홀들(A110B)의 총 단면적은 제2 영역(100B)의 단면적(A100B)의 제2 부분(A110B/A100B)을 구성한다. 상이한 위치들에서 재료를 상이하게 연화시키는 것의 전술된 효과를 갖기 위해, 제1 부분(A110A/A100A)은 제2 부분(A110B/A100B)과 상이하다. 예컨대, 부분(A110A/A100A)과 부분(A110B/A100B) 사이의 차이는 적어도 25 퍼센트 단위일 수 있다.
또한, 층(100)의 강성은, 특히, 신장성 전극들이 배열되는 위치에서 엔지니어링될 수 있다. 따라서, 실시예에서, 신장성 전극(300)의 외부 에지에 의해 둘러싸인 영역은 홀(110)의 돌출부의 적어도 일부를 포함하고, 홀들(110)의 돌출부는 센서(900)의 두께의 방향으로 영역 상에 돌출된다. 실시예에서, 신장성 전극(300)의 외부 에지에 의해 둘러싸인 영역은 홀들(110)의 돌출부를 포함한다. 실시예에서, 신장성 전극(300)의 외부 에지에 의해 둘러싸인 영역은 다수의 홀들(110)의 돌출부들을 포함한다. 실시예에서, 영역(100A, 100B, 100C)은 신장성 전극(300)의 적어도 일부를 포함한다. 또한 바람직하게는, 영역(100A, 100B, 100C)은 신장성 전극(300)을 포함한다.
또한, 제1 홀들(110A) 및 제2 홀들(110B)의 수가 상당할 때, 연성(softness)의 엔지니어링이 더 효과적일 수 있음이 주목된다. 예컨대, 제1 영역(100A)의 제1 홀들(110A)의 수는 적어도 10개 또는 적어도 50개일 수 있다. 예컨대, 제2 영역(100B)의 제2 홀들(110B)의 수는 적어도 10개 또는 적어도 50개일 수 있다. 또한, 제1 영역(100A) 또는 제2 영역(100B)은 임의적으로 크지는 않다. 실시예에서, 제1 영역(100A)은, 모든 제1 홀들(110A)을 둘러싸는 가장 작은 볼록 영역이다. 실시예에서, 제2 영역(100B)은 모든 제2 홀들(110B)을 둘러싸는 가장 작은 볼록 영역이다. 실시예에서, 제1 영역(100A) 및 제2 영역(100B)은 탄성 변형 가능한 층(100)을 구성한다.
그러나, 도 7b 및 7c에 표시된 바와 같이, 탄성 변형 가능한 층(100)은, 제3 영역(100C)이 제2 영역(100B)의 일부 또는 제1 영역(100A)의 일부를 포함하지 않도록, 제3 영역(100C)을 포함할 수 있다. 제3 영역(100C)은 탄성 변형 가능한 층(100)의 두께(t100)의 방향으로 연장되는 제3 홀들(110C)을 한정한다. 제3 홀들(A110C)의 총 단면적은 제3 영역(100C)의 단면적(A100C)의 제1 부분(A110C/A100C)을 구성한다. 또한, 제3 부분(A110C/A100C)은 제1 부분(A110A/A100A) 및 제2 부분(A110B/A100B)과 상이하다. 실시예에서, 제1 영역(100A), 제2 영역(100B) 및 제3 영역(100C)은 탄성 변형 가능한 층(100)을 구성한다.
도 7d 내지 7f를 참조하면, 홀들(110) 이외에 또는 이에 대한 대안으로서, 탄성 변형 가능한 층(100, 100a)의 재료는 탄성 변형 가능한 층(100, 100a)의 일부로서 더 부드러운 재료의 층(160)을 도포함으로써 연화될 수 있다. 더 부드러운 층(160)은, 도 7d에 표시된 바와 같이, 예컨대, 2개의 더 단단한 층들(150) 사이에 배열될 수 있다. 또한, 더 단단한 재료(150)는, 도 7e 및 7f에 표시된 바와 같이, 더 부드러운 재료(160)로 충전된 홀들(110)을 포함할 수 있다. 위에 표시된 바와 같이, 홀들(110)은 충전될 필요가 없다.
도면들에 도시되지 않았지만, 추가적인 탄성 변형 가능한 층(100b)을 유사한 방식으로, 게다가 또는 대안적으로, 연화시키는 것이 가능하다.
또한, 도 1e를 참조하면, 실시예에서, 탄성 및 신장성 층(050)은 단지 하나의 재료 층으로 구성된다. 탄성 변형 가능한 층(100)의 강성을 엔지니어링하는 것에 관하여 언급된 것은 물론 탄성 및 신장성 층(050)에 적용된다. 홀들(110)은 탄성 및 신장성 층(050)의 두께의 방향으로 연장될 수 있다. 홀들(110)은, 탄성 및 신장성 층(050)의 두께의 방향으로 탄성 및 신장성 층(050)의 일 측면으로부터 탄성 및 신장성 층(050)의 반대 측면으로 연장될 수 있다.
센서의 실시예는, 측정들 이외에, 사용자를 지지하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 지지는 편안함을 더 향상시킬 수 있다. 도 8a-8b를 참조하면, 센서(900)의 실시예는 지지층(650)을 포함한다. 이러한 지지부는, 사용되는 신체 부위를 따르도록(comply) 형상화되었다면, 통상적으로 편하다. 그러나, 신체 부위의 형상은 사용자마다 변할 수 있다.
필요에 따라 지지층(650)을 형상화하기 위해, 지지층(650)은 열가소성 재료를 포함한다. 열가소성 재료는 변형 온도 위에서 변형되고, 냉각 시에 자신의 강성(rigidity)을 회복한다. 이러한 방식으로, 지지층은 변형 온도 위에서 가열될 수 있다. 가열되는 동안, 지지층(650)은 형상, 예컨대, 사용자의 신체 부위에 정합하는 형상, 이를테면, 발의 형상으로 변형될 수 있다. 냉각 시에, 지지층(650)은 자신의 강성을 회복하고, 사용자를 위한 지지부의 역할을 할 수 있다. 이 방식으로, 지지부가 개인화될 수 있다.
지지층(650)의 열가소성 재료의 변형 온도는, 또한 사용 중에; 특히 신체 부위와 접촉할 때 사용 중에, 지지 효과를 갖기 위해, 너무 낮지 않아야 한다. 또한, 센서(900)가 열에 취약한 전기 접촉부들을 포함하기 때문에, 지지층(650)의 열가소성 재료의 변형 온도는 너무 높지 않아야 한다. 바람직하게는, 변형 온도는 60℃ 내지 120℃이다. 또한, 적합한 지지층(650)을 갖기 위해, 지지층(650)의 두께는 적어도 0.2mm, 이를테면, 0.2mm 내지 2mm이어야 한다. 본원에서 두께는 평균 두께를 지칭한다.
실시예에서, 지지층(650)은 폴리카보네이트, 폴리 염화 비닐, 아크릴(예컨대 스티렌-아크릴로나이트릴 공중합체들, 아크릴로나이트릴 스티렌 아크릴레이트), 폴리메틸-메타크릴레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 글리콜-변형된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중 적어도 하나를 포함한다. 지지층(650)은 탄소 섬유들, 유리 섬유들 및 아라미드 섬유들을 포함하는 그룹으로부터의 강화 섬유들을 더 포함할 수 있다.
지지층(650)은, 사용 시에, 감지된 힘이 작용하는 지점과 지지층(650) 사이에 탄성 변형 가능한 층들(100, 100a) 또는 추가적인 탄성 변형 가능한 층(100b)이 남겨지도록 배열되도록, 배열될 수 있다. 예컨대, 도 8c 내지 8a의 센서는, 감지된 힘이 제1 전기 도전층(600 또는 600a)의 최상부 상의 지점에 작용하도록 사용되도록 구성된다. 따라서, 탄성층(100, 100a)이 지지층(650)와 이러한 지점 사이에 남겨진다.
위에 표시된 바와 같이, 힘 센서(900)는 의복과 같은 착용 가능한 물품에 포함될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 위에 개시된 힘 센서(900)를 포함하는 착용 가능한 물품이다.
착용 가능한 물품들의 예들은 다음을 포함한다:
- 신발, 안창 또는 양말과 같이 발에 착용하는 물품들,
- 장갑, 미트 또는 벙어리 장갑과 같이 손에 착용하는 물품들; 특히 권투 글러브, 골프 글러브 또는 유사품과 같은 스포츠 의복들, 및
- 바지와 팬티.
또한, 센서는 다음과 같은 스마트 가구에 사용될 수 있다:
- 차량용 의자들,
- 의자들, 소파들,
- 침대 시트들, 담요들, 매트리스들, 및
- 양탄자들, 및 카펫들.
그러나, 신장성 층(200)으로 인해, 센서(900)는 사용 시에 센서가 변형되는 애플리케이션들에 가장 적합하다.
센서는 특히 신발에 적합한 안창(910)에 사용하기에 적합하다. 이러한 경우에, 안창(910)의 형상은 신발의 형상에 적응된다. 또한, 안창(910)은 위에 논의된 힘 센서(900)를 포함한다.

Claims (37)

  1. 용량성 힘 및/또는 압력 센서(900)로서,
    - 제1 영률(Young's modulus)(Y200) 및 제1 항복 변형률(yield strain)(εy,200)을 갖는 층으로 구성되거나 이를 포함하는 탄성 및 신장성 층(elastic and stretchable layer)(050),
    - 상기 탄성 및 신장성 층(050)에 부착되고, 서로 제1 거리(d1, d1,301,302)만큼 떨어져 배열된 적어도 제1 신장성 전극(301) 및 제2 신장성 전극(302),
    - 제2 영률(Y500)을 갖는 가요성 포일(flexible foil)(500),
    - 상기 가요성 포일(500)에 부착된 전기 도전성 배선(electrically conductive wiring)(400), 및
    - 제1 전기 도전층(600, 600a)을 포함하고,
    - 상기 전기 도전성 배선(400)의 적어도 일부는 전기 도전성 방식으로 상기 제1 신장성 전극(301)에 커플링되고,
    - 상기 전기 도전성 배선(400)의 적어도 일부는 전기 도전성 방식으로 상기 제2 신장성 전극(302)에 커플링되고,
    - 상기 탄성 및 신장성 층(050)은 상기 제1 전기 도전층(600, 600a)과 상기 제1 신장성 전극(301) 사이에 상기 센서(900)의 두께의 방향으로 배열되고,
    - 상기 제1 항복 변형률(εy,200)은 적어도 10 퍼센트이고,
    - 상기 제1 영률(Y200)은 상기 제2 영률(Y500) 미만이고,
    상기 센서(900)는,
    - 추가적인 탄성 변형 가능한 층(100b), 및
    - 제2 전기 도전층(600b)을 포함하여,
    - 상기 제1 전기 도전층(600, 600a) 및 상기 제2 전기 도전층(600b)이 상기 제1 신장성 전극(301)의 반대 측들 상에 남겨지고, 그리고
    - 상기 추가적인 탄성 변형 가능한 층(100b)이 상기 제2 전기 도전층(600b)과 상기 제1 신장성 전극(301) 사이에 상기 센서(900)의 두께의 방향으로 배열되도록 하는,
    센서(900).
  2. 제1항에 있어서,
    - 상기 탄성 및 신장성 층(050, 100, 200)은,
    ● 탄성 변형 가능한 층(elastic deformable layer)(100), 및
    ● 신장성 층(200)을 포함하여,
    - 상기 신장성 층(200), 상기 제1 신장성 전극(301) 및 제2 신장성 전극(302), 상기 가요성 포일(500), 및 상기 전기 도전성 배선(400)이 상기 탄성 변형 가능한 층(100)의 동일한 측 상에 남겨지게 하는,
    센서(900).
  3. 제2항에 있어서,
    - 상기 신장성 층(200)은 상기 제1 신장성 전극(301)과 상기 탄성 변형 가능한 층(100) 사이에 배열되는,
    센서(900).
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    - 상기 탄성 변형 가능한 층(100)은, 상기 제1 영률(Y200)보다 더 작은 영률(Y100)을 갖는,
    센서(900).
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 신장성 층(200)은 열가소성 폴리우레탄(TPU), 폴리아미드 및 폴리에스테르 중 하나를 포함하는,
    센서(900).
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 탄성 및 신장성 층(050, 100, 200)은 폴리우레탄(polyurethane), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리(에틸렌-비닐 아세테이트(ethylene-vinyl acetate)), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride), 폴리보로디메틸실록산(polyborodimethylsiloxane), 폴리스티렌(polystyrene), 아크릴로나이트릴-뷰타다이엔-스티렌(acrylonitrile-butadiene-styrene), 스티렌-부타디엔스티렌(styrene-butadienestyrene), 에틸렌 프로필렌 고무(ethylene propylene rubber), 네오프렌(neoprene), 코르크(cork), 라텍스, 천연 고무, 실리콘 및 열가소성 탄성 중합체 겔(thermoplastic elastomeric gel) 중 적어도 하나를 포함하는,
    센서(900).
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 전극이 없는 공간(electrode-free space)(210)은, 상기 탄성 및 신장성 층(050, 100, 200)에 부착된 모든 그러한 신장성 전극들(300, 301, 302, 303, 304, 305, 306) 외부의 상기 탄성 및 신장성 층(050, 100, 200) 상에 남겨지고, 그리고
    - 상기 전기 도전성 배선(400)의 적어도 일부는 상기 전극이 없는 공간(210) 위에 또는 아래에 배열되는,
    센서(900).
  8. 제7항에 있어서,
    - 상기 전기 도전성 배선(400)의 적어도 75%는 상기 전극이 없는 공간(210) 위에 또는 아래에 배열되는,
    센서(900).
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 전기 도전성 배선(400)은, 최대 200㎛의 폭(W400)을 갖는 와이어들(401, 402)을 포함하는,
    센서(900).
  10. 제9항에 있어서,
    - 상기 전기 도전성 배선(400)은 와이어들(401, 402)로 구성되고, 상기 와이어들(401, 402)의 적어도 50%는 최대 200㎛의 폭(W400)을 갖는,
    센서(900).
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 제1 신장성 전극(301)은 전기 도전성 방식으로 서로에 부착된 전기 도전성 입자들을 포함하는,
    센서(900).
  12. 제11항에 있어서,
    - 상기 전기 도전성 입자들은 탄소, 구리, 은 및 금 중 적어도 하나를 포함하는,
    센서(900).
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 가요성 포일(500)은 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate) 및 폴리에테르 에테르 케톤(polyetheretherketone) 중 적어도 하나를 포함하는,
    센서(900).
  14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 신장성 전극들의 총 유효 단면적(A300)은 상기 신장성 층(200)의 총 단면적(A200)의 적어도 50%인,
    센서(900).
  15. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 전기 도전성 방식으로 상기 전기 도전성 배선(400)에 부착된 적어도 하나의 집적 회로(700)를 포함하고,
    - 상기 집적 회로(700)는 적어도 상기 제1 신장성 전극(301)의 커패시턴스를 측정하도록 구성되는,
    센서(900).
  16. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 전기 도전성 배선(400)의 적어도 90%는, 상기 신장성 전극들(300) 모두를 포함하는 가장 작은 볼록 영역(convex area)(390)의 최상부에 또는 아래에 배열되는,
    센서(900).
  17. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 전기 도전성 배선(400)의 적어도 90%는 상기 탄성 및 신장성 층(050, 100, 200)의 경계로부터 제2 거리(d2)만큼 떨어져 배열되고,
    - 상기 제2 거리(d2)는 상기 탄성 및 신장성 층(050, 100, 200)의 길이(L200) 및 폭(W200) 중 더 작은 것의 적어도 5%인,
    센서(900).
  18. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 탄성 및 신장성 층(050, 100, 200)에 부착된 다수의 신장성 전극들(300)을 포함하여,
    - 상기 신장성 전극들(300) 각각이 상기 신장성 전극들(300)의 모든 다른 신장성 전극들로부터 일정 거리(d1,i,j)만큼 떨어져 배열되게 하는,
    센서(900).
  19. 제18항에 있어서,
    - 상기 거리들(d1,i,j)의 최소치는 적어도 1mm인,
    센서(900).
  20. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 신장성 전극들(300)과 상기 배선(400)을 전기적으로 연결하는 연결부들(490)을 포함하고,
    - 상기 연결부들(490) 중 적어도 하나는 전기 도전성 접착제(electrically conductive adhesive) 또는 땜납(solder)을 포함하는,
    센서(900).
  21. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 탄성 및 신장성 층(050, 100, 200)은, 상기 탄성 및 신장성 층(050, 100, 200)의 두께(t050, t100)의 방향으로 연장되는 홀들(holes)(110)을 한정하는,
    센서(900).
  22. 제21항에 있어서,
    - 상기 홀들(110)의 총 단면적(A110)은 상기 탄성 및 신장성 층(050, 100, 200)의 단면적(A100)의 적어도 5%를 구성하고, 그리고/또는
    - 상기 홀들(110)의 적어도 일부는 상기 탄성 및 신장층(050, 100, 200)의 제1 측으로부터, 상기 탄성 및 신장층(050, 100, 200)을 통해, 상기 탄성 및 신장층(050, 100, 200)의 제2 측으로 연장되고, 그리고/또는
    - 상기 탄성 및 신장성 층(050, 100, 200)은 탄성 변형 가능한 층(100)을 포함하고, 그리고
    - 상기 홀들(110)의 적어도 일부는 상기 탄성 변형 가능한 층(100)의 제1 측(102)으로부터, 상기 탄성 변형 가능한 층(100)을 통해, 상기 탄성 변형 가능한 층(100)의 제2 측(104)으로 연장되는,
    센서(900).
  23. 제21항에 있어서,
    - 상기 탄성 및 신장성 층(050, 100, 200)은 제1 영역(100A), 및 상기 제1 영역(100A)의 일부를 포함하지 않는 제2 영역(100B)을 포함하고,
    - 상기 제1 영역(100A)은 상기 탄성 변형 가능한 층(100)의 두께(t050, t100)의 방향으로 연장되는 제1 홀들(110A)을 한정하여, 상기 제1 홀들의 총 단면적(A110A)이 상기 제1 영역(100A)의 단면적(A100A)의 제1 부분(A110A/A100A)을 구성하도록 하고, 그리고
    - 상기 제2 영역(100B)은 상기 탄성 변형 가능한 층(100)의 두께(t050, t100)의 방향으로 연장되는 제2 홀들(110B)을 한정하여, 상기 제2 홀들의 총 단면적(A110B)이 상기 제2 영역(100B)의 단면적(A100B)의 제2 부분(A110B/A100B)을 구성하도록 하고,
    - 상기 제1 부분(A110A/A100A)은 상기 제2 부분(A110B/A100B)과 상이한,
    센서(900).
  24. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 제1 신장성 전극(301) 및 상기 제2 신장성 전극(302)은 상기 탄성 및 신장성 층(050, 100, 200)과 상기 추가적인 탄성 변형 가능한 층(100b) 사이에 배열되는,
    센서(900).
  25. 제19항에 있어서,
    - 상기 탄성 및 신장성 층(050, 100, 200)은,
    ● 탄성 변형 가능한 층(100), 및
    ● 신장성 층(200)을 포함하여,
    - 상기 제1 신장성 전극(301) 및 상기 제2 신장성 전극(302)이 상기 탄성 변형 가능한 층(100)과 상기 추가적인 탄성 변형 가능한 층(100b) 사이에 배열되도록 하는,
    센서(900).
  26. 제1항에 있어서,
    - 상기 가요성 포일(500)의 두께(t500)는 최대 0.5mm인,
    센서(900).
  27. 제26항에 있어서,
    - 상기 신장성 전극들의 총 유효 단면적(total effective cross-sectional area)(A300)은 상기 탄성 및 신장성 층(050, 100, 200)의 총 단면적(A200)의 적어도 50%인,
    센서(900).
  28. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 제1 전기 도전층(600, 600a) 또는 상기 제2 전기 도전층(600b) 중 적어도 하나의 적어도 일부는 도전성 잉크로 제조되고, 그리고/또는
    - 상기 제1 전기 도전층(600, 600a) 또는 상기 제2 전기 도전층(600b) 중 적어도 하나는 전기 도전성 패브릭(electrically conductive fabric)을 포함하고, 그리고/또는
    - 상기 제1 전기 도전층(600, 600a) 또는 상기 제2 전기 도전층(600b) 중 적어도 하나는 전기 도전성 중합체를 포함하는,
    센서(900).
  29. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 지지층(650)을 포함하여,
    - 상기 제1 신장성 전극(301) 및 상기 제2 신장성 전극(302)이 상기 탄성 및 신장성 층(050, 100, 200)과 상기 지지층(650) 사이에 배열되도록 하는,
    센서(900).
  30. 제1항에 있어서,
    - 60℃ 내지 120℃의 변형 온도를 갖는 열가소성 재료를 포함하는 지지층(650)을 포함하고,
    - 상기 지지층(650)은 적어도 0.2mm의 두께를 갖는,
    센서(900).
  31. 제30항에 있어서,
    상기 지지층(650)은, 사용 시에,
    ● 상기 탄성 및 신장성 층(050),
    ● 상기 탄성 변형 가능한 층(100, 100a), 및
    ● 추가적인 탄성 변형 가능한 층(100b)
    중 적어도 하나가, [i] 감지될 수 있는 힘이 작용하는 지점과 [ii] 상기 지지층(650) 사이에 남겨지게 되도록 배열되는,
    센서(900).
  32. 제30항 또는 제31항에 있어서,
    - 상기 지지층(650)은 폴리카보네이트, 폴리 염화 비닐, 아크릴(예컨대, 스티렌-아크릴로나이트릴 공중합체들, 아크릴로나이트릴 스티렌 아크릴레이트), 폴리메틸-메타크릴레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 글리콜-변형된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중 적어도 하나를 포함하고,
    선택적으로,
    - 상기 지지층(650)은 탄소 섬유들, 유리 섬유들 및 아라미드 섬유들을 포함하는 그룹으로부터의 강화 섬유들(reinforcing fibres)을 더 포함하는,
    센서(900).
  33. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 가요성 포일(500)의 단면적은 최대 상기 탄성 및 신장성 층(050, 100, 200)의 단면적의 절반인,
    센서(900).
  34. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 각각의 신장성 전극(300, i)은, 상기 신장성 전극(300, i)에 가장 가까운 신장성 전극(300, jm(i))으로부터 거리(d1,i,jm(i))만큼 떨어져 위치되고, 이로써
    - 상기 신장성 전극들(300, i)의 구성은 각각의 신장성 전극(300, i)에 대해 다른 신장성 전극들(300)로부터의 최소 거리(d1,i,jm(i))를 한정하고, 최소 거리들의 적어도 일부는 동일할 수 있고, 그리고
    - 상기 최소 거리들(d1,i,jm(i))의 최대치는 최대 15mm인,
    센서(900).
  35. 제1항의 센서(900)를 포함하는 착용 가능한 물품.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 물품은,
    - 의복,
    - 신발, 안창(insole), 또는 양말, 또는
    - 글러브 또는 미트(mitt)
    중 하나인,
    착용 가능한 물품.
  37. 신발에 적합한 안창(910)으로서,
    - 상기 안창(910)의 형상은 상기 신발의 형상에 맞춰지고, 그리고
    - 상기 안창(910)은 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 센서(900)를 포함하는,
    안창(910).
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