KR102426989B1 - 움직임을 센싱하는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

일 실시 예에 따라, 구조 패턴이 형성된 유연 기판, 유연 기판에 부착되는 전도성 물질 및 전도성 물질의 타 측면에 부착되는 전극을 포함하고, 유연 기판 또는 전극으로 인가되는 움직임 또는 압력에 따라 결정되는 전극과 전도성 물질 간의 저항 값에 따라서 유연 기판으로 인가되는 압력을 센싱하는 센싱 장치가 개시된다. 또는 센싱 장치를 제조하기 위한 제조 방법이 개시된다.

Description

움직임을 센싱하는 방법 및 장치 {Method and apparatus for sensing motion}
움직임을 센싱하는 방법 및 그 장치에 관해 개시된다.
움직임을 센싱하는 다양한 센싱 방법 및 장치가 개시되어 있다. 그러나 대상체에 부착되어 움직임(예: 압력)을 센싱하는 경우, 대상체의 형상이 다양하기 때문에 유연하지 못한 센서는 그 성능에 제한이 있었다. 구체적으로 유연하지 못한 기판을 이용하여 제조된 센서의 경우 충격 시 쉽게 파손될 수 있고 인체와 같이 활동성이 있는 대상체에 대해서 적용이 어렵다.
따라서, 대상체의 형상에 따라 적응적으로 형상이 변하는 유연한 센서에 대한 산업적인 니즈가 존재하여왔다.
그러나, 종래에는 유연한 센서를 제조하는데 지나치게 복잡한 공정이 필요했고, 많은 시간과 노력이 소요된다는 문제점이 있었다.
한국등록특허 제10-1753384호(2017.07.03.) 한국공개특허 제10-2014-0106698호(2014.09.03.)
본 개시는 압력 등 움직임을 센싱할 수 있는 방법 및 그 장치를 제공할 수 있다. 구체적으로 유연 기판을 이용하여 센싱 장치를 제조하는 방법 및 유연 기판을 이용한 센싱 장치를 제공할 수 있다. 해결하려는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
제 1 측면에 따른 센싱 장치 제조 방법은 제 1 구조 패턴이 형성된 스킨의 표면상에 고분자 물질을 도포하는 단계; 상기 고분자 물질을 건조하여 상기 제 1 구조 패턴에 대응되는 제 2 구조 패턴이 형성된 유연 기판을 획득하는 단계; 상기 제 2 구조 패턴 상에 전도성 물질을 도포하는 단계; 및 상기 전도성 물질의 일 면에 전극을 부착하는 단계;를 포함하고, 상기 전극과 상기 전도성 물질 간의 저항 값은 상기 유연 기판 또는 상기 전극으로 인가되는 움직임에 따라 결정될 수 있다.
또한, 상기 전극의 저항 값은 상기 전도성 물질의 저항 값보다 작을 수 있다.
또한, 상기 유연 기판의 유연성은 상기 전극의 유연성보다 높을 수 있다.
또한, 상기 제 1 구조 패턴이 형성된 스킨은 생체 스킨을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 구조 패턴은 경사하강법을 통해 결정될 수 있다.
또한, 상기 움직임 대비 상기 저항 값의 변화량을 나타내는 민감도가 기설정 값 이상이 되도록 상기 제 1 구조 패턴을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
제 2 측면에 따른 인가되는 움직임을 센싱하는 장치는 스킨의 제 1 구조 패턴에 대응되는 제 2 구조 패턴이 형성된 제 1 면을 포함하는 유연 기판; 상기 제 1 면의 상기 제 2 구조 패턴에 맞물려 일 측면이 부착되는 전도성 물질; 및 상기 전도성 물질의 타 측면에 부착되는 전극;을 포함하고, 상기 유연 기판 또는 상기 전극으로 인가되는 움직임에 따라 결정되는 상기 전극과 상기 전도성 물질 간의 저항 값에 기초하여 상기 유연 기판 또는 상기 전극으로 인가되는 움직임을 센싱할 수 있다.
또한, 상기 전극의 저항 값은 상기 전도성 물질의 저항 값보다 낮을 수 있다.
또한, 상기 유연 기판의 유연성은 상기 전극의 유연성보다 높을 수 있다.
또한, 상기 제 1 구조 패턴은 상기 움직임 대비 상기 저항 값의 변화량을 나타내는 민감도가 기설정값 이상이 되도록 결정될 수 있다.
제 3 측면에 따른 센싱 방법은 스킨의 제 1 구조 패턴에 대응되는 제 2 구조 패턴이 형성된 제 1 면과 움직임을 인가받는 제 2 면을 포함하는 유연 기판에 움직임을 인가받는 단계; 상기 제 1 면에 상기 제 2 구조 패턴에 맞물려 일 측면이 부착되는 전도성 물질과 상기 전도성 물질의 타 측면에 부착되는 전극 간의 저항 값을 결정하는 단계; 및 상기 움직임에 따른 상기 저항 값의 변화에 기초하여 상기 유연 기판으로 인가되는 상기 움직임을 센싱하는 단계를 포함할 수 있다.
제 4 측면에 따른 인가되는 압력을 센싱하는 장치는 구조 패턴이 형성된 제 1 면을 포함하는 유연 기판; 상기 유연 기판의 상기 제 1 면에 일 측면이 부착되는 전도성 물질; 및 상기 전도성 물질의 타 측면에 부착되는 전극;을 포함하고, 상기 유연 기판 또는 상기 전극으로 인가되는 압력에 따라 상기 전극과 상기 전도성 물질 간의 저항 값이 결정되고, 상기 저항 값에 따라서 상기 유연 기판 또는 상기 전극으로 인가되는 압력을 센싱할 수 있다.
제 5 측면에 따른 센싱 방법은 제 1 전극면과 제 2 전극면을 포함하는 전극의 제 1 전극면에 움직임을 인가받는 단계; 스킨의 제 1 구조 패턴에 대응되는 제 2 구조 패턴이 형성된 유연 기판의 제 1 면에 상기 제 2 구조 패턴에 맞물려 일 측면이 부착되는 전도성 물질과 상기 전도성 물질의 타 측면에 상기 제 2 전극면이 부착되는 상기 전극 간의 저항 값을 결정하는 단계; 및 상기 움직임에 따른 상기 저항 값의 변화에 기초하여 상기 전극으로 인가되는 상기 움직임을 센싱하는 단계를 포함할 수 있다.
제 6 측면은, 제 1 측면, 제 3 측면 및 제 5 측면의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공할 수 있다.
본 개시는 압력 등 움직임을 센싱할 수 있는 방법 및 그 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 센싱 장치의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 2는 일 실시 예에 따라 센싱 장치를 제조하는 방법의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 센싱 장치의 제조에 이용되는 스킨의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따라 센싱 장치의 제조에 이용되는 스킨이 복제되는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시 예에 따라 전도성 물질이 센싱 장치의 제조에 이용되는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 센싱 장치의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시 예에 따라 스킨의 표면의 구조에 대한 패턴의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 일 실시 예에 따라 형상 계수(Shape Factor)를 나타내는 수식의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 일 실시 예에 따라 형상 계수의 최적점을 결정하는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 10은 일 실시 예에 따라 스킨의 생성에 이용되는 마스크의 일 예를 도시한다.
도 11은 일 실시 예에 따른 격자 배열 형태의 스킨의 일 예를 도시한다.
도 12는 일 실시 예에 따른 평행 배열 형태의 스킨의 일 예를 도시한다.
도 13은 일 실시 예에 따라 센싱 장치를 제조하는 일 예를 나타내는 흐름도이다.
도 14는 일 실시 예에 따라 저항 값의 변화에 기초하여 움직임을 센싱하는 일 예를 나타내는 흐름도이다.
도 15는 일 실시 예에 따라 절연 물질을 포함하는 센싱 장치의 일 예를 나타내는 블록도이다.
실시 예들에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “…부”, “…모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.
본 명세서에서 움직임은 압력을 포함하는 개념으로 이해될 수 있다. 예를 들면, 움직임을 센싱하는 단계는 압력을 센싱하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 센싱 장치(100)의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 센싱 장치(100)는 전극(110), 전도성 물질(120) 및 유연 기판(130)을 포함할 수 있다. 또는 다른 예에 따른 센싱 장치(100)는 제 1 와이어(140) 및 제 2 와이어(150)를 더 포함할 수 있다.
그러나, 도 1에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 센싱 장치(100)에 더 포함될 수 있음을 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다. 또는 다른 실시 예에 따를 경우, 도 1에 도시된 구성요소들 중 일부 구성요소는 생략될 수 있음을 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
일 실시 예에 따른 센싱 장치(100)는 인가되는 움직임(예: 압력)을 센싱할 수 있다. 움직임(예: 압력)은 전극(110)으로 인가될 수도 있고, 유연 기판(130)으로 인가될 수도 있다.
일 실시 예에 따른 유연 기판(130)은 스킨의 제 1 구조 패턴에 대응되는 제 2 구조 패턴이 형성된 제 1 면(131)과 움직임을 인가받는 제 제 2 면(132)을 포함할 수 있다. 도 1을 참조하면, 유연 기판(130)의 제 1 면(131)은 전도성 물질(120)과 부착될 수 있다. 제 1 면(131)에는 스킨의 제 1 구조 패턴에 대응되는 제 2 구조 패턴이 형성되어 있기 때문에, 유연 기판(130)과 전도성 물질(120)이 맞닿은 면은 제 2 구조 패턴으로 맞물린 형태일 수 있다. 제 2 구조 패턴은 제 1 구조 패턴에 대응되는 패턴으로서, 제 1 구조 패턴의 반대 형상일 수 있다.
일 실시 예에 따른 유연 기판(130)은 제 2 면(132)으로 움직임을 인가받을 수 있다. 예를 들면, 유연 기판(130)은 제 2 면(132)으로 압력을 인가받을 수 있다. 또는 제 1 전극면(111)과 제 2 전극면(112)을 포함하는 전극(110)은 제 1 전극면(111)으로 움직임을 인가받을 수 있다. 일 예로, 유연 기판(130)의 제 2 면(132) 또는 전극(110)의 제 1 전극면(111)은 인체와 맞닿음으로써, 맥박에 의한 압력을 인가받을 수 있다. 이 경우, 전극(110)이 인체와 맞닿아도 인체로 전류가 흐르지 않도록, 전극(110)의 제 1 전극면(111) 측에 절연 물질이 부착될 수 있다. 절연 물질로는 절연 기능이 있는 테이프, 고분자 물질 등 절연 기능이 있는 임의의 물질이 이용될 수 있다. 절연 물질은 제 1 전극면(111)에 도포될 수도 있고, 테이프 형식으로 부착될 수도 있으며, 절연 물질이 제 1 전극면(111)에 위치하는 방식은 제한되지 않는다.
이 경우, 센싱 장치(100)는 맥박을 센싱할 수 있다. 구체적으로 이 경우 센싱 장치(100)는 유연 기판(130)의 제 2 면(132) 또는 전극(110)의 제 1 전극면(111)으로 인가되는 맥박에 의한 압력에 따라 결정되는 전극(110)과 전도성 물질(120) 간의 저항 값에 기초하여 유연 기판(130)으로 인가되는 맥박을 센싱할 수 있다.
일 실시 예에 따른 유연 기판(130)은 고분자 물질일 수 있다. 예를 들면, 유연 기판(130)은 폴리머(예: PDMS; Polydimethylsiloxane)의 건조를 통해 제조될 수 있다.
일 실시 예에 따른 전도성 물질(120)은 일 측면(121)과 타 측면(122)을 포함할 수 있다. 전도성 물질(120)의 일 측면(121)은 유연 기판(130)과 부착되고, 전도성 물질(120)의 타 측면(122)은 전극(110)과 부착될 수 있다.
따라서, 유연 기판의 제 1 면(131)의 제 2 구조 패턴에 맞물려 전도성 물질(120)의 일 측면(121)이 부착될 수 있다.
일 실시 예에 따른 전도성 물질(120)은 전도성 폴리머일 수 있다. 또한, 전도성 폴리머가 층을 형성한 이후에는 활성층(active layer)이라고도 지칭될 수 있다.
전도성 물질(120)과 전극(110)은 전류가 흐를 수 있는 도체일 수 있다. 또한, 전극(110)의 저항 값은 전도성 물질(120)(예: 전도성 폴리머)의 저항 값보다 작을 수 있으나, 본 실시 예에 제한되지 않는다.
전도성 물질(120)의 타 측면(122)에 부착된 전극(110)과 전도성 물질(120) 간의 저항 값은 유연 기판(130) 또는 전극(110)으로 인가되는 움직임에 따라 결정될 수 있다. 따라서 센싱 장치(100)는 전도성 물질(120)과 전극(110)간의 저항 값에 기초하여 유연 기판(130) 또는 전극(110)으로 인가되는 움직임(예: 압력)을 센싱할 수 있다. 일 예로, 센싱 장치(100)가 인체에 부착되는 경우, 맥박을 센싱할 수 있다. 이 경우, 전도성 물질(120)과 전극(110)간에 흐르는 전류의 크기가 맥박에 의한 압력에 따라 변하고, 센싱 장치(100)는 전도성 물질(120)과 전극(110)간에 흐르는 전류의 크기의 변화에 따라 맥박을 센싱할 수 있다.
유연 기판(130)의 유연성은 전극(110)의 유연성보다 높을 수 있다. 유연 기판(130)의 유연성이 높기 때문에 센싱 장치(100)는 인체와 같이 유연한 대상에 부착되어도 움직임을 용이하게 인가받을 수 있다.
민감도는 유연 기판(130) 또는 전극(110)으로 인가되는 입력(예: 움직임, 압력 등) 대비 활성층(예: 전도성 물질(120))과 전극(110)간의 저항 값의 변화를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 민감도가 높을 경우, 유연 기판(130) 또는 전극(110)으로 인가되는 압력 대비 전도성 물질(120)과 전극(110)간의 저항 값의 변화가 크고, 민감도가 낮을 경우, 유연 기판(130) 또는 전극(110)으로 인가되는 압력 대비 전도성 물질(120)과 전극(110)간의 저항 값의 변화가 작을 수 있다.
일 실시 예에 따른 민감도는 유연 기판(130)에 형성된 제 2 구조 패턴에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 후술하는 바와 같이 제 2 구조 패턴을 결정하여 제조함으로써, 기설정된 값 이상의 민감도를 갖는 센싱 장치(100)를 제작할 수 있다. 구체적으로, 제 1 구조 패턴 또는 제 1 구조 패턴에 대응되는 제 2 구조 패턴은 민감도(예: 움직임 대비 저항 값의 변화량)가 기설정값 이상이 되도록 결정될 수 있다. 민감도가 기설정값 이상이 되도록 제 1 구조 패턴 또는 제 2 구조 패턴을 결정하는 구체적인 방법에 대해서는 도 7이하에서 후술한다.
도 2는 일 실시 예에 따라 센싱 장치(100)를 제조하는 방법의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 스킨(200)을 성형 몰드로 이용하여, 유연 기판 제조 물질 (예: 고분자 물질, 폴리머, PDMS 등)을 도포하고, 건조한 후 스킨(200)에서 분리시켜 스킨(200)의 제 1 구조 패턴의 반대 형상인 제 2 구조 패턴(예: 미세 구조 패턴)이 형성된 복제 기판인 유연 기판(130)을 제조하는 방법이 개시된다.
구체적으로 도 1을 참조하면, 제 1 공정(210)에서 스킨(200)에 유연 기판 제조 물질을 도포하고 건조시킴으로써, 미세 구조 패턴이 형성된 유연 기판(130)을 제조하는 방법이 개시된다.
일 실시 예에 따른 스킨(200)(예: 생체 스킨, 상어 스킨 등)에는 제 1 구조 패턴이 형성되어 있기 때문에 유연 기판(130)에는 제 1 구조 패턴에 대응되는 제 2 구조 패턴이 형성될 수 있다.
스킨(200)은 인공적으로 제조될 수도 있으나 자연 상태에서 획득될 수도 있다. 예를 들면, 스킨(200)은 자연상태에 존재하는 미세 구조 패턴이 형성되어 있는 생체 스킨일 수 있다. 일 예로, 스킨(200)은 상어 스킨이 이용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
유연 기판(130)에서 제 2 구조 패턴이 형성된 면이 제 1 면(131)이고, 제 2 구조 패턴이 형성되지 않은 면이 제 2 면(132)일 수 있다. 센싱 장치(100) 제조 과정에서, 제 1 면(131)으로 전도성 물질(예: 전도성 폴리머)이 도포될 수 있다.
구체적으로 도 1을 참조하면, 제 2 공정(220)에서 유연 기판(130)의 제 1 면(131)에 전도성 물질(예: 전도성 폴리머)을 도포 후 건조시킴으로써, 활성층을 생성하는 과정이 개시된다.
유연 기판(130)의 미세 구조 패턴이 형성된 제 1 면(131) 위에 전도성 고분자와 같은 감지역할을 하는 전도성 물질을 도포하여, 활성층(Active layer)을 형성하고 그 위에 전극(110)을 배치하여 센싱 장치(100)를 제조할 수 있다. 센싱 장치(100)는 압력을 포함한 움직임을 센싱할 수 있기 때문에, 압저항형 맥박 센서로 동작할 수 있다.
스킨(200)으로는 구조 패턴이 형성된 다양한 물질이 이용될 수 있다. 예를 들면, 자연에 존재하는 미세 구조 패턴이 형성 되어있는 생체 스킨이 스킨(200)으로 이용될 수 있다. 스킨(200)의 구조 패턴이 복제된 유연 기판(130)을 폴리머 등을 이용하여 제조하면, 스킨(200)상의 구조 패턴이 유연 기판(130)에 복제될 수 있다. 또한, 유연 기판(130)위에 전도성 물질(예: 전도성 폴리머)를 도포하여 활성층을 형성함으로써, 미세 구조 패턴이 복제된 유연 기판(130) 상에 필름(예: 전도성 폴리머 필름)이 형성될 수 있다.
본 개시에 따를 때, 센싱 장치(100)(예: 맥박 센서)의 감도를 향상시킬 수 있는 형태의 구조 패턴이 형성된 스킨(200)(예: 생체 스킨)을 성형 몰드로 바로 사용함으로써, 몰드 제조 비용과 시간이 감소될 수 있다.
미세 구조형 미세 구조물이 형성되어 있는 생체 스킨을 성형 몰드로 바로 사용하여 PDMS와 같은 고분자 물질을 복제하는 공정에 활용하는 경우, 몰드 제조 비용이 소요되지 않을 수 있다.
또는, 제조된 성형 몰드를 스킨(200)으로 이용하여, 유연 기판(130)(예: 고분자 기판)을 제조하고, 유연 기판(130) 위에 전도성 물질(120)을 도포함으로써 센싱 장치(100)(예: 유연 압저항 맥박 센서)를 제조할 수 있다.
일 실시 예에 따라 스킨(200)을 인공으로 제조하는 경우, 자연에 존재하는 생체 스킨을 모방하여 미세 구조를 설계 해석을 통해 최적화 하여 스킨(200)을 제조함으로써 균일성과 양산성이 향상될 수 있다. 생체 스킨을 모방하여 스킨(200)을 제조함으로써, 인공적인 몰드를 효율적으로 제조할 수 있다.
유연 기판(130)을 이용한 센싱 장치(100)(예: 맥박 센서)를 제조하는 경우, 센싱 장치(100)는 인체와 같이 활동성이 있는 대상체에 대한 센싱에도 용이하게 이용될 수 있다.
도 3은 일 실시 예에 따른 센싱 장치(100)의 제조에 이용되는 스킨의 일 예를 나타내는 도면이다.
일 실시 예에 따라 자연에 존재하는 미세 구조 패턴이 형성 된 생체 스킨를 이용해서 센서 장치(예: 압저항형 맥박센서)가 제조될 수 있다.
도 3을 참조하면 상어 스킨의 이미지(310)와 패턴이 복제 된 폴리머(예: PDMS)의 표면(320)의 일 예가 도시된다.
도 4는 일 실시 예에 따라 센싱 장치(100)의 제조에 이용되는 스킨이 복제되는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 센싱 장치(100)의 제조에 이용되는 스킨(410)의 일 예와, 스킨(410)의 복제를 통해 생성된 유연 기판(420)의 예가 도시된다.
도 5는 일 실시 예에 따라 전도성 물질이 센싱 장치(100)의 제조에 이용되는 일 예를 나타내는 도면이다.
구체적으로, 도 5를 참조하면, 전도성 폴리머(예: PEDOT:PSS)를 도포하여 제조된 활성층(510)이 개시된다. 또한 도 5를 참조하면, 활성층(510)의 확대 이미지(520)도 개시된다.
도 6은 일 실시 예에 따른 센싱 장치(100)의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면 양쪽으로 와이어가 개시되어 있고, 도 6의 중단에 제조가 완료된 센싱 장치(100)의 일 예가 개시된다.
도 7은 일 실시 예에 따라 스킨의 표면의 구조에 대한 패턴의 일 예를 나타내는 도면이다.
일 실시 예에 따른 패턴 모델(700)은 길이(L)(740), 제 1 폭(w)(710), 제 2 폭(W)(720), 높이(H)(730)로 모델링될 수 있다. 도 8에서 후술하는 바와 같이, 패턴 모델(700)을 나타내는 길이(L)(740), 제 1 폭(w)(710), 제 2 폭(W)(720), 높이(H)(730)를 이용해서 민감도를 결정할 수 있다.
구체적으로 일 실시 예에 따른 패턴 모델(700)은 생체 스킨에 형성되어 있는 미세 구조 패턴을 모방하고 이를 단순화하여 모델화 한 형상일 수 있다.
도 8은 일 실시 예에 따라 형상 계수(Shape Factor)를 나타내는 수식의 일 예를 나타내는 도면이다.
제 1 수식(810)에 따라, 일 실시 예에 따른 민감도(SF)가 개념적으로 정의될 수 있다.
제 2 수식(820)에 따라, 일 실시 예에 따른 민감도(SF)가 길이(L)(740), 제 1 폭(w)(710), 제 2 폭(W)(720), 높이(H)(730)로 표현될 수 있다.
제 3 수식(830)에 따라, 일 실시 예에 따른 민감도(SF)가 길이(L)(740)와 제 2 폭(W)(720)으로 표현될 수 있다.
제 1 수식(810), 제 2 수식(820) 및 제 3 수식(830)은 최적 설계를 위한 형상 팩터 계산을 위해 이용될 수 있다.
구체적으로 제 2 수식(820) 및 제 3 수식(830)은 각각 변수 최적화 전의 미세 구조가 형성되어 있는 생체 표면 형상 팩터와, 실리콘 웨이퍼(Si wafer)를 성형 몰드용 기판으로 사용하는 것을 감안하여 XeF2 등방성 식각 공정을 예로 들어 변수를 최적화 한 형상 팩터 계산식의 일 예일 수 있다.
도 9는 일 실시 예에 따라 형상 계수의 최적점을 결정하는 일 예를 나타내는 도면이다.
일 실시 예에 따라, 변수가 최적화 된 형상 계수 수식을 최적화 방법 중 하나인 경사하강법을 통해 같은 조건에서 유연 기판의 변형량이 가장 큰 최적점을 찾을 수 있다. 도 9를 참조하면, 생체 스킨에 형성된 미세 구조를 모방하여 최적화를 진행한 결과의 일 예가 도시된다.
구체적으로 도 9를 참조하면, 변수가 최적화 된 형상 계수 식에 경사하강법을 적용하여 최적점을 찾은 일 예가 도시된다.
도 10은 일 실시 예에 따라 스킨의 생성에 이용되는 마스크의 일 예를 도시한다.
일 실시 예에 따라 최적 설계가 동반 된 생체 모방을 진행하면, 공정 시간과 비용을 절감할 수 있다.
도 10을 참조하면, 최적 설계를 통하여 설계한 마스크(sodalime glass mask)가 도시된다. 구체적으로 마스크(sodalime glass mask) 설계 도안이 도시된다.
도 11은 일 실시 예에 따른 격자 배열 형태의 스킨의 일 예를 도시한다.
도 11을 참조하면, 마스크를 이용해 식각을 진행한 몰드의 표면을 스타일러스 프로파일러(stylus profiler)를 통하여 분석한 표면 단차가 도시된다. 구체적으로, 격자 배열로 설계한 부분의 표면 단차(1110)가 도시된다. 또한, 격자 배열로 설계한 부분의 표면 단차(1110)의 확대 이미지(1120)가 도시된다.
도 12는 일 실시 예에 따른 평행 배열 형태의 스킨의 일 예를 도시한다.
도 12를 참조하면, 마스크를 이용해 식각을 진행한 몰드의 표면 단차가 도시된다. 구체적으로, 평행 배열로 설계한 부분의 표면 단차(1210)가 도시된다. 또한, 평행 배열로 설계한 부분의 표면 단차(1210)의 확대 이미지(1220)가 도시된다.
도 13은 일 실시 예에 따라 센싱 장치(100)를 제조하는 일 예를 나타내는 흐름도이다.
단계 S1310에서 일 실시 예에 따라, 제 1 구조 패턴이 형성된 스킨의 표면상에 고분자 물질을 도포한다.
단계 S1310에서는 고분자 물질(예: PDMS)이라고 개시되어 있으나, 고분자 물질에 제한되지 않으며, 유연 기판의 제조에 이용되는 물질이라면 폭 넓게 이용될 수 있다.
제 1 구조 패턴이 형성된 스킨은 생체 스킨을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
스킨은 인공적으로 제조될 수도 있으나 자연 상태에서 획득될 수도 있다. 예를 들면, 스킨은 자연상태에 존재하는 미세 구조 패턴이 형성되어 있는 생체 스킨일 수 있다. 일 예로, 스킨은 상어 스킨이 이용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
또는 스킨은 인공적으로 제조될 수 있다. 스킨을 인공으로 제조하는 경우, 자연에 존재하는 생체 스킨을 모방하여 미세 구조를 설계 해석을 통해 최적화 하여 스킨을 제조함으로써 균일성과 양산성이 향상될 수 있다. 생체 스킨을 모방하여 스킨을 제조함으로써, 인공적인 몰드를 효율적으로 제조할 수 있다.
제 1 구조 패턴은 움직임 대비 저항 값의 변화량을 나타내는 민감도가 기설정 값 이상이 되도록 결정될 수 있다. 예를 들면, 제 1 구조 패턴은 경사하강법을 통해 결정될 수 있다.
단계 S1320에서 고분자 물질을 건조하여 제 1 구조 패턴에 대응되는 제 2 구조 패턴이 형성된 유연 기판을 획득한다.
일 실시 예에 따른 스킨(예: 생체 스킨, 상어 스킨 등)에는 제 1 구조 패턴이 형성되어 있기 때문에 고분자 물질이 건조되어 생성되는 유연 기판에는 제 1 구조 패턴에 대응되는 제 2 구조 패턴이 형성될 수 있다.
단계 S1320에서는 고분자 물질(예: PDMS)이라고 개시되어 있으나, 고분자 물질에 제한되지 않으며, 유연 기판 제조에 이용되는 물질이라면 폭 넓게 이용될 수 있다.
단계 S1330에서 제 2 구조 패턴 상에 전도성 물질을 도포한다.
일 실시 예에 따른 전도성 물질은 전류가 통하는 물질을 폭 넓게 지칭하며, 예를 들면 전도성 물질로서 전도성 폴리머가 있다.
유연 기판의 제 1 면에 전도성 물질(예: 전도성 폴리머)을 도포 후 건조시킴으로써, 활성층을 제조할 수 있다.
유연 기판의 미세 구조 패턴이 형성된 제 1 면 위에 전도성 고분자와 같은 감지역할을 하는 전도성 물질을 도포하여, 활성층을 형성할 수 있다.
유연 기판의 제 1 면의 반대 면인 제 2 면으로 입력(예: 움직임, 압력 등)이 인가될 수 있다.
단계 S1340에서 전도성 물질의 일 면에 전극을 부착한다.
전극의 저항 값은 전도성 물질의 저항 값보다 작을수 있다. 또한, 유연 기판의 유연성은 전극의 유연성보다 높을 수 있다.
전극과 전도성 물질 간의 저항 값은 유연 기판 또는 전극으로 인가되는 움직임에 따라 결정될 수 있다. 전극과 전도성 물질 간의 저항 값의 변화를 통해 센싱 장치(100)는 압력을 포함한 움직임을 센싱할 수 있다. 센싱 장치(100)는 압력을 포함한 움직임을 센싱할 수 있기 때문에, 압저항형 맥박 센서로 동작할 수 있다.
또한, 도면에서는 도시되지 않았으나, 전극 위에 절연 물질을 부착하는 단계가 추가적으로 진행될 수 있다. 전극 위에 절연 물질이 부착됨으로써, 전극으로 움직임이 인가될 때, 대상체와 전극이 전기적으로 분리될 수 있다.
도 14는 일 실시 예에 따라 저항 값의 변화에 기초하여 움직임을 센싱하는 일 예를 나타내는 흐름도이다.
단계 S1410에서 일 실시 예에 따른 센싱 장치(100)는 스킨의 제 1 구조 패턴에 대응되는 제 2 구조 패턴이 형성된 제 1 면과 움직임을 인가받을 수 있는 제 2 면을 포함하는 유연 기판 또는 전극에 움직임을 인가받을 수 있다.
유연 기판에 움직임을 인가받는 경우, 유연 기판의 제 2 면에 움직임을 인가받을 수 있으며, 유연 기판의 제 2 면은 대상체(예: 인체)에 부착될 수 있다. 일실시 예에 따른 유연 기판은 제 2 면으로 움직임을 인가받을 수 있다. 예를 들면, 유연 기판은 제 2 면으로 압력을 인가받을 수 있다. 일 예로, 유연 기판의 제 2 면은 인체와 맞닿음으로써, 맥박에 의한 압력을 인가받을 수 있다. 이 경우, 센싱 장치(100)는 맥박을 센싱할 수 있다.
또는 전극에 움직임을 인가받는 경우, 전극의 제 1 전극면에 움직임을 인가받을 수 있으며, 제 1 전극면에는 절연 물질이 부착될 수 있다. 또한 이 경우, 절연 물질 위로 대상체(예: 인체)가 부착될 수 있다.
일실시 예에 따른 전극은 제 1 전극면으로 움직임을 인가받을 수 있다. 예를 들면, 전극은 제 1 전극면으로 압력을 인가받을 수 있다. 일 예로, 전극은 제 1 전극면은 인체와 절연 물질을 사이에 두고 맞닿음으로써, 맥박에 의한 압력을 인가받을 수 있다. 이 경우, 센싱 장치(100)는 맥박을 센싱할 수 있다.
단계 S1420에서 일 실시 예에 따른 센싱 장치(100)는 제 1 면에 제 2 구조 패턴에 맞물려 일 측면이 부착되는 전도성 물질과 전도성 물질의 타 측면에 부착되는 전극 간의 저항 값을 결정할 수 있다.
전도성 물질의 타 측면에 부착된 전극과 전도성 물질 간의 저항 값은 유연 기판 또는 전극으로 인가되는 움직임에 따라 결정될 수 있다. 일 예로, 유연 기판 또는 전극으로 압력이 인가될 경우, 해당 압력이 가해지는 시점에 대응하여 전극과 전도성 물질 간의 저항 값이 변할 수 있다.
단계 S1430에서 일 실시 예에 따른 센싱 장치(100)는 움직임에 따른 저항 값의 변화에 기초하여 유연 기판 또는 전극으로 인가되는 움직임을 센싱할 수 있다.
따라서 센싱 장치(100)는 전도성 물질과 전극간의 저항 값에 기초하여 유연 기판 또는 전극으로 인가되는 움직임(예: 압력)을 센싱할 수 있다. 일 예로, 센싱 장치(100)가 인체에 부착되는 경우, 맥박을 센싱할 수 있다. 이 경우, 전도성 물질과 전극간에 흐르는 전류의 크기가 맥박에 의한 압력에 따라 변하고, 센싱 장치는 전도성 물질과 전극 간에 흐르는 전류의 크기의 변화에 따라 맥박을 센싱할 수 있다.
도 15는 일 실시 예에 따라 절연 물질(1500)을 포함하는 센싱 장치의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 센싱 장치(100)는 전극(110), 전도성 물질(120), 유연 기판(130) 및 절연 물질(1500)을 포함할 수 있다. 또는 다른 예에 따른 센싱 장치(100)는 제 1 와이어(140) 및 제 2 와이어(150)를 더 포함할 수 있다.
그러나, 도 15에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 센싱 장치(100)에 더 포함될 수 있음을 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다. 또는 다른 실시 예에 따를 경우, 도 15에 도시된 구성요소들 중 일부 구성요소는 생략될 수 있음을 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
일 실시 예에 따른 절연 물질(1500)은 전극(110)으로 움직임(예: 압력)이 인가되는 경우 이용될 수 있다. 절연 물질(1500)은 움직임을 인가하는 대상체와 전극(110)을 전기적으로 분리함으로써, 전극(110)을 통해 대상체로 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
절연 물질(1500)로는 절연 기능이 있는 테이프, 고분자 물질 등 절연 기능이 있는 임의의 물질이 이용될 수 있다. 절연 물질(1500)은 제 1 전극면(111)에 도포될 수도 있고, 테이프 형식으로 부착될 수도 있으며, 절연 물질(1500)이 제 1 전극면(111)에 위치하는 방식은 제한되지 않는다.
한편, 상술한 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 램, USB, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.
본 실시 예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 센싱 장치 110: 전극
120: 전도성 물질 121: 일 측면
122: 타 측면 130: 유연 기판
131: 제 1 면 132: 제 2 면
140: 제 1 와이어 150: 제 2 와이어
200: 스킨 210: 제 1 공정
220: 제 2 공정 310: 상어 스킨의 이미지
320: 폴리머의 표면 410: 스킨
420: 복제를 통해 생성된 유연 기판 700: 패턴 모델
710: 제 1 폭(w) 720: 제 2 폭(W)
730: 높이(H) 740: 길이(L)
810: 제 1 수식 820: 제 2 수식
830: 제 3 수식

Claims (12)

  1. 제1구조 패턴이 형성된 스킨의 표면상에 고분자 물질을 도포하는 단계;
    상기 고분자 물질을 건조하여 상기 제1구조 패턴에 대응되는 제2구조 패턴이 형성된 유연 기판을 획득하는 단계;
    상기 제2구조 패턴 상에 전도성 물질을 도포하는 단계;
    상기 전도성 물질의 일 면에 전극을 부착하는 단계; 및
    상기 전극에 제1와이어를 연결하고 상기 전도성 물질에 제2와이어를 연결하는 단계를 포함하고,
    상기 전극과 상기 전도성 물질 간의 저항 값은 상기 유연 기판 또는 상기 전극으로 인가되는 맥박에 따라 결정되고, 상기 저항 값의 변화에 따라 상기 전극과 상기 전도성 물질 간에 흐르는 전류의 변화를 통해 맥박을 센싱하고,
    상기 제1구조 패턴이 형성된 스킨은 생체 스킨을 포함하는 센싱 장치 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극의 저항 값은 상기 전도성 물질의 저항 값보다 작은, 센싱 장치 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유연 기판의 유연성은 상기 전극의 유연성보다 높은, 센싱 장치 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1구조 패턴은 경사하강법을 통해 결정되는, 센싱 장치 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 맥박에 의해 발생되는 움직임 대비 상기 저항 값의 변화량을 나타내는 민감도가 기설정 값 이상이 되도록 상기 제1구조 패턴을 결정하는 단계를 더 포함하는, 센싱 장치 제조 방법.
  7. 인가되는 움직임을 센싱하는 장치에 있어서,
    스킨의 제1구조 패턴에 대응되는 제2구조 패턴이 형성된 제1면을 포함하는 유연 기판;
    상기 제1면의 상기 제2구조 패턴에 맞물려 일 측면이 부착되는 전도성 물질;
    상기 전도성 물질의 타 측면에 부착되는 전극; 및
    상기 전극에 연결되는 제1와이어 및 상기 전도성 물질에 연결되는 제2와이어를 포함하고,
    상기 전극과 상기 전도성 물질 간의 저항 값은 상기 유연 기판 또는 상기 전극으로 인가되는 맥박에 따라 결정되고, 상기 저항 값의 변화에 따라 상기 전극과 상기 전도성 물질 간에 흐르는 전류의 변화를 통해 맥박을 센싱하고,
    상기 제1구조 패턴이 형성된 스킨은 생체 스킨을 포함하는 센싱 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전극의 저항 값은 상기 전도성 물질의 저항 값보다 낮은, 센싱 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 유연 기판의 유연성은 상기 전극의 유연성보다 높은, 센싱 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1구조 패턴은 상기 움직임 대비 상기 저항 값의 변화량을 나타내는 민감도가 기설정값 이상이 되도록 결정되는, 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
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