KR102442046B1

KR102442046B1 - 영역별 탄성 조절이 가능한 인공피부 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102442046B1
Application number: KR1020210033498A
Authority: KR
Inventors: 정인화
Original assignee: 경희대학교 산학협력단
Priority date: 2021-03-15
Filing date: 2021-03-15
Publication date: 2022-09-13

Abstract

본 발명은 로봇, 의족, 의수 및 인간의 피부에 적용될 수 있는 인공피부 및 그 제조방법에 관한 발명이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법은 내부 공간을 갖는 베이스 상에 3차원 격자 구조를 갖는 복수 개의 희생부재를 형성하는 단계, 상기 베이스에 충진부재를 주입하고 경화하는 단계, 상기 희생부재를 제거하는 단계 및 상기 베이스를 제거하는 단계를 포함한다.

Description

영역별 탄성 조절이 가능한 인공피부 및 그 제조방법{ARTIFICIAL SKIN CAPABLE OF ADJUSTING ELASTICITY OF EACH REGION AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 인공피부 및 그 제조방법에 관한 발명으로, 보다 상세하게는 영역별로 서로 다른 탄성을 갖는 인공피부와 그 제조방법에 관한 발명이다.

로봇 산업이 발달함에 따라 종래 무거운 화물을 들거나 위험한 작업에만 투입되던 로봇은 섬세한 작업이 요구되거나 인간과 협동하는 영역에서도 사용되고 있다. 이에 따라 로봇의 팔이나 그리퍼(gripper)에 사용되는 인공피부도 인간의 수작업을 모사할 수 있도록 인간의 피부와 비슷한 특성을 갖는 방향으로 개선될 필요가 있다.

그러나 종래의 인공피부는 전체 면적에 걸쳐 균일한 탄성을 갖는다. 이는 무릎이나 팔꿈치, 뒤꿈치 등과 같은 관절 부위와 배 또는 허벅지 등과 같은 지방과 근육이 두껍게 분포하는 부위가 서로 다른 탄성을 갖는 인간의 피부와 매우 다르다. 이로 인해 종래의 인공피부는 인간의 실제 피부를 제대로 모사하지 못해 섬세한 작업을 수행하는데 어려움이 있다.

또한 생체 적합성 재료를 이용해 인간의 피부 세포를 배양하여 제조하는 종래의 인공피부는 세포 배양에 많은 시간과 비용이 소요되는 점에서 상용화 가치가 떨어진다.

일본 공개특허공보 제2004-121523호

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 발명으로 생체 유래 물질을 이용하지 않고도 영역별로 탄성을 달리 하여, 인간의 피부를 우수하게 모사할 수 있는 인공피부 및 그 제조방법을 제공한다.

다만 이러한 과제는 예시적이며 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되지 않는다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법은 내부 공간을 갖는 베이스 상에 3차원 격자 구조를 갖는 복수 개의 희생부재를 형성하는 단계, 상기 베이스에 충진부재를 주입하고 경화하는 단계, 상기 희생부재를 제거하는 단계 및 상기 베이스를 제거하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법에 있어서 상기 희생부재를 형성하는 단계는 각각의 희생부재에 있어서 격자의 간격을 서로 달리 형성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법에 있어서 상기 희생부재를 형성하는 단계는 3D 프린팅을 이용해 3차원 격자 구조를 형성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법에 있어서 상기 희생부재를 형성하는 단계는 상기 복수 개의 희생부재를 소정의 간격으로 서로 이격하여 형성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법에 있어서 상기 충진부재를 주입하고 경화하는 단계는 상기 격자 구조의 내부 및 상기 복수 개의 희생부재 사이에 상기 충진부재를 주입 후 경화하여 일체로 형성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법에 있어서 상기 충진부재를 주입하고 경화하는 단계는 상기 충진부재를 주입 후, 상기 베이스의 바닥면에 위치한 배출공을 통해 상기 충진부재를 외부로 배출하여 기포를 제거할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법에 있어서 상기 희생부재를 제거하는 단계는 경화된 충진부재를 초음파 처리, 교반 처리 또는 가열 처리 중 적어도 어느 하나를 실시하여 상기 희생부재를 용해할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법에 있어서 상기 경화된 충진부재의 일면에 전도성 물질을 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부는 서로 다른 공극률을 가지며, 서로 이격하여 배치되는 복수 개의 제1 영역 및 상기 복수 개의 제1 영역 사이에 배치되며, 공극을 갖지 않는 복수 개의 제2 영역을 포함하고, 상기 복수 개의 제1 영역과 상기 복수 개의 제2 영역은 일체로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부에 있어서 상기 복수 개의 제1 영역 및 상기 복수 개의 제2 영역 중 적어도 일부를 커버하도록 일면에 배치되는 전도성 물질층을 더 포함할 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법 및 인공피부는 영역별로 서로 다른 탄성을 가져, 인간의 실제 피부를 잘 모사할 수 있는 인공피부를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법 및 인공피부는 세포 등과 같이 생체에서 유래된 물질을 이용하지 않고도 인간의 피부를 잘 모사할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법 및 인공피부는 희생부재의 격자 간격을 조절하여 인공피부의 탄성을 용이하게 조절할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법의 순서를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법으로 희생부재를 형성한 상태를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법으로 형성한 희생부재를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법으로 충진부재를 주입한 상태를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법으로 충진부재를 경화한 상태를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법으로 제조한 인공피부를 나타낸다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법으로 제조한 인공피부의 평면을 나타낸다.
도 8a, 도 8b 및 도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법으로 제조한 인공피부를 적용한 상태를 나타낸다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 발명의 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시예로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 일 실시예에 도시되어 있다 하더라도, 동일한 구성요소에 대하여서는 동일한 식별부호를 사용한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.

이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.

어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법의 순서를 나타내고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법으로 희생부재(200)를 형성한 상태를 나타내고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법으로 형성한 희생부재(200)를 나타내고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법으로 충진부재(300)를 주입한 상태를 나타내고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법으로 충진부재(300)를 경화한 상태를 나타내고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법으로 제조한 인공피부(10)를 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법은 로봇에 사용할 수 있는 인공피부를 제조하는 방법이다. 예를 들어 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법은 협동 로봇(cobot)과 같이 섬세한 작업을 요구하는 로봇의 그리퍼(gripper)나 암(arm)에 부착되는 인공피부를 제조할 수 있다. 다만 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법은 이에 한정하지 않으며, 로봇 외에도 의수, 의족이나 각종 인공 기구 및 구조물뿐만 아니라 인체에도 적용될 수 있는 인공피부를 제조할 수 있다.

도 1 내지 도 6을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법은 내부 공간을 갖는 베이스(100) 상에 3차원 격자 구조를 갖는 복수 개의 희생부재(200)를 형성하는 단계(S100), 베이스(100)에 충진부재(300)를 주입하고 경화하는 단계(S200), 희생부재(200)를 제거하는 단계(S300) 및 베이스(100)를 제거하는 단계(S400)를 포함할 수 있다.

먼저 베이스(100)를 준비한다. 베이스(100)는 후술하는 희생부재(200)와 충진부재(300)를 수용하는 부재이다. 베이스(100)의 형상과 크기는 특별히 한정하지 않으며, 제조하고자 하는 인공피부(10)의 형상과 크기에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어 인공피부(10)를 직육면체 또는 원기둥 형상으로 제조하고자 하는 경우, 베이스(100)는 그에 대응되는 형상을 가질 수 있다.

일 실시예로 베이스(100)는 희생부재(200)와 충진부재(300)가 안착되는 바닥면과 상기 바닥면에서 높이 방향으로 연장되는 지지벽을 구비할 수 있다. 또한 베이스(100)는 상기 바닥면과 상기 지지벽에 의해 구획되는 내부 공간(110)을 구비할 수 있다.

일 실시예로 베이스(100)는 상기 바닥면에 배출공(120)을 구비할 수 있다. 배출공(120)은 베이스(100)의 상기 바닥면을 관통하여 형성되어, 충진부재(300)가 일부를 외부로 배출하는 역할을 할 수 있다. 이에 따라 충진부재(300)가 희생부재(200)의 격자 구조 내부로 유입될 때 그 일부가 자연스럽게 배출공(120)을 통해 배출되어, 격자 구조의 내부에 기포가 형성되는 것을 방지할 수 있다.

도 2에는 배출공(120)이 3개인 것으로 나타냈으나 개수와 크기는 특별히 한정하지 않는다. 예를 들어 배출공(120)은 희생부재(200)의 개수와 동일한 개수로 배치될 수 있으며, 그 크기는 희생부재(200)의 바닥면보다 작을 수 있다. 또는 배출공(120)은 미세한 기공으로서 베이스(100)의 상기 바닥면에 복수 개가 촘촘히 형성될 수 있다.

일 실시예로 배출공(120)은 희생부재(200)에 대응되도록 배치될 수 있다. 보다 구체적으로 도 2에 나타낸 바와 같이, 배출공(120)은 희생부재(200)가 형성되는 위치에 대응되도록 상기 바닥면을 관통하여 형성될 수 있다. 이에 따라 희생부재(200)로 유입된 충진부재(300)가 보다 용이하게 배출공(120)을 통해 배출될 수 있다.

다음 베이스(100) 상에 희생부재(200)를 형성한다. 희생부재(200)는 충진부재(300)가 유입되는 격자 구조를 내부에 구비하며, 인공피부(10)에 공극을 부여하는 역할을 할 수 있다 희생부재(200)의 종류는 특별히 한정하지 않으며, ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene resin), PLA(Poly Lactic Acid), PC(polycarbonate) 등이 사용될 수 있다. 이 외에도 제거(용해)가 용이하며 3D 프린팅에 이용되는 공지의 물질을 이용할 수 있다.

예를 들어 3D 프린팅 기술을 이용해 베이스(100)의 바닥면 상에 희생부재(200)를 적층하여, 3차원 격자 구조를 형성할 수 있다. 다만 희생부재(200)를 형성하는 방법은 특별히 한정하지 않으며, 3D 프린팅, 몰딩 등 기타 3차원 가공 방법을 이용할 수 있다.

일 실시예로 희생부재(200)를 형성하는 단계는 전술한 바와 같이 배출공(120)에 대응되는 위치에 희생부재(200)를 각각 형성할 수 있다.

일 실시예로 희생부재(200)를 형성하는 단계는 각각의 희생부재(200)에 있어서 격자의 간격을 서로 달리 형성할 수 있다. 예를 들어 도 2에 나타낸 바와 같이, 베이스(100)의 바닥면 상에 복수 개의 희생부재(200)를 형성하되, 제1 희생부재(200A), 제2 희생부재(200B) 및 제3 희생부재(200C)의 내부 격자 간격을 서로 다르게 형성할 수 있다.

보다 구체적으로 3D 프린팅 기술을 이용하여 제1 희생부재(200A)는 내부 격자 간격을 조밀하게 형성하고, 제2 희생부재(200B)는 내부 격자 간격을 성기게 형성하고, 제3 희생부재(200C)는 제1 희생부재(200A)와 제2 희생부재(200B)의 중간 정도의 내부 격자 간격을 갖도록 형성할 수 있다. 이에 따라 도 3에 나타낸 바와 같이, 서로 내부 격자 간격을 갖는 3차원 희생부재(200)를 형성할 수 있다. 그리고 후술하는 바와 같이, 충진부재(300)를 희생부재(200)에 주입한 다음 희생부재(200)를 제거했을 때, 영역별로 서로 다른 공극 크기를 갖는 인공피부(10)를 제조할 수 있다.

도 2 및 도 3에는 희생부재(200)를 3개 나타냈으나 그 개수와 격자 간격은 특별히 한정하지 않는다. 희생부재(200)의 개수와 격자 간격은 제조하고자 하는 인공피부(10)의 특성을 고려하여 적절히 선택할 수 있다.

일 실시예로 희생부재(200)를 형성하는 단계는 복수 개의 희생부재(200)를 소정의 간격으로 서로 이격하여 형성할 수 있다. 예를 들어 도 2에 나타낸 바와 같이, 베이스(100)의 바닥면 상에 제1 희생부재(200A)를 형성한 후, 소정의 간격만큼 이격한 다음 제2 희생부재(200B)를 형성할 수 있다. 마찬가지로 제2 희생부재(200B)를 형성한 후, 소정의 간격만큼 이격한 다음 제3 희생부재(200C)를 형성할 수 있다.

희생부재(200) 간의 이격된 공간에는 후술하는 바와 같이 충진부재(300)가 채워질 수 있다. 이에 따라 희생부재(200)가 배치되는 영역과 희생부재(200)가 배치되지 않는 영역이 서로 다른 탄성을 가지게 되어, 인공피부(10)가 인간의 피부를 보다 잘 모사할 수 있다.

일 실시예로 희생부재(200)를 형성하는 단계는 희생부재(200)의 직경을 조절하여 공극의 크기를 조절할 수 있다. 예를 들어 도 3에 나타낸 바와 같이, 희생부재(200)를 구성하는 기둥의 간격이 곧 격자 구조의 간격(S)이 되며, 기둥의 직경(D)이 후술하는 공극의 크기에 대응될 수 있다. 따라서 희생부재(200)를 형성하는 단계는 3D 프린팅 등을 이용하여 희생부재(200)를 형성하는 과정에서, 희생부재(200)의 기둥의 직경(D)을 조절하여 인공피부(10)의 공극의 크기를 조절할 수 있다.

일 실시예로 희생부재(200)를 형성하는 단계는 희생부재(200)의 격자 구조의 간격(S)과 기둥의 직경(D) 간의 비율을 조절하여, 인공피부(10)의 물성을 조절할 수 있다. 예를 들어 도 3에 나타낸 바와 같이, 희생부재(200)를 형성하는 단계는 격자 구조의 간격(S)와 기둥의 직경(D) 간의 비율 D/S이 25% 이상 70% 이하를 만족하도록 희생부재(200)를 형성할 수 있다. 보다 바람직하게 희생부재(200)를 형성하는 단계는 비율 D/S이 25% 이상 50% 이하를 만족하도록 희생부재(200)를 형성할 수 있다.

비율 D/S가 25% 미만일 경우, 격자 구조의 간격(S) 대비 기둥의 직경(D)이 지나치게 작아, 인공피부(10)의 공극 크기가 지나치게 작아져 원하는 탄성을 얻을 수 없다.

반대로 비율 D/S가 50%를 초과할 경우, 인공피부(10)의 공극 크기가 지나치게 커져 일반적인 폼(foam)과 유사한 물성을 갖게 되어, 인공피부(10)를 제대로 모사할 수 없다.

희생부재(200)의 격자 간격(S)과 기둥의 직경(D)은 특별히 한정하지 않으며, 제조하고자 하는 인공피부(10)의 특성을 고려하여 적절히 선택할 수 있다. 일 실시예로 격자 간격(S)은 1.2 mm, 기둥의 직경(D)은 0.35 mm 이상 0.70 mm 이하일 수 있다. 보다 바람직하게 기둥의 직경(D)은 0.40 mm일 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법은 희생부재(200)의 직경과 간격 등을 조절하여 인공피부(10)의 공극 크기를 조절할 수 있다. 또한 인공피부(10)의 공극 크기를 조절하여 실제 인간의 피부와 유사한 물성을 갖는 인공피부(10)를 제조할 수 있다.

다음 충진부재(300)를 베이스(100)의 내부 공간(110)에 주입하고 이를 경화한다. 충진부재(300)는 인공피부(10)의 재료로서 실리콘 고무, PDMS, Dragon skin, Ecoflex 및 TPU 등이 이용될 수 있다. 이 외에도 충진부재(300)로서 로봇의 그리퍼, 의수, 의족 및 인체 피부에 적합한 재료가 이용될 수 있다.

일 실시예로 도 4에 나타낸 바와 같이, 베이스(100) 상에 희생부재(200)가 형성된 상태에서 충진부재(300)를 내부 공간(110)에 주입하면, 충진부재(300)의 일부는 희생부재(200)의 내부 격자 구조로 유입되고 일부는 희생부재(200)와 희생부재(200) 사이에 배치될 수 있다.

일 실시예로 희생부재(200)의 격자 구조로 유입된 충진부재(300)의 일부는 베이스(100)의 배출공(120)을 통해 베이스(100)의 외부로 배출될 수 있다. 이에 따라 충진부재(300)가 격자 구조로 급격히 유입되면서 격자 구조의 내부에 기포가 형성되는 일을 방지할 수 있다.

충진부재(300)가 희생부재(200)의 내부 격자 구조 및 희생부재(200) 사이에 충분히 유입되면 이를 경화하여, 인공피부(10)의 형상을 성형한다. 이에 따라 격자 구조와 희생부재(200) 사이에 유입된 충진부재(300)는 일체로 형성될 수 있다.

다음 희생부재(200)를 제거한다. 예를 들어 충진부재(300)가 경화된 후 희생부재(200)를 제거하여, 공극 구조를 갖는 인공피부(10)를 제조할 수 있다.

희생부재(200)를 제거하는 방법은 특별히 한정하지 않으며, 희생부재(200)의 종류에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어 충진부재(300)가 경화된 상태에서 이를 초음파 처리, 교반 처리 또는 가열 처리하거나 이들 처리 중 2개 이상을 복합적으로 실시하여, 희생부재(200)를 용해시켜 제거할 수 있다.

일 실시예로 희생부재(200)를 용해할 때 아세톤, 톨루엔, 클로로벤젠(chlorobenzene), 디클로로벤젠(di-chlorobenzen) 등을 이용할 수 있다. 다만 희생부재(200)를 용해하는 물질은 이에 한정하지 않으며, 희생부재(200)의 종류에 따라 적절한 물질을 이용할 수 있다.

일 실시예로 희생부재(200)를 가열하여 용해 시, 가열 온도는 40℃ 이상 끓음이 일어나지 않는 온도 미만일 수 있다.

이에 따라 희생부재(200)가 제거되고 나면 도 5에 나타낸 바와 같이, 공극 구조를 갖는 인공피부(10)를 획득할 수 있다. 예를 들어 인공피부(10)는 공극 구조를 갖는 제1 영역(11)과 제1 영역(11) 사이에 배치되는 제2 영역(13)을 포함할 수 있다.

보다 구체적으로 도 5에 나타낸 바와 같이, 희생부재(200)가 제거되고 나면 희생부재(200)가 존재했던 영역에 공극이 형성될 수 있다. 또한 희생부재(200)가 존재하지 않은 영역, 즉 희생부재(200) 사이의 영역에는 공극이 형성되지 않을 수 있다. 이에 따라 격자 간의 간격이 가장 조밀한 제1 희생부재(200A)가 배치된 영역은 공극이 가장 많은 제1a 영역(11A)이 되고, 격자 간의 간격이 가장 덜 조밀한 제2 희생부재(200B)가 배치된 영역은 공극이 가장 적은 제1b 영역(11B)이 된다. 그리고 격자 간의 간격이 중간인 제3 희생부재(200C)가 배치된 영역은 공극의 개수도 중간인 제1c 영역(11C)이 된다. 또한 희생부재(200) 사이에 배치된 영역은 제2 영역(13)이 된다. 즉 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법에 의해 제조된 인공피부(10)는 복수 개의 제1 영역(11) 및 제2 영역(13)을 포함함에 따라, 서로 다른 공극 개수(또는 공극 밀도)를 갖는 영역을 구비할 수 있다.

일 실시예로 공극 개수는 인공피부(10)의 탄성에 영향을 미칠 수 있다. 보다 구체적으로 제1 영역(11) 중 공극 개수가 가장 많은 제1a 영역(11A)은 탄성이 가장 크고, 공극 개수가 가장 적은 제1b 영역(11B)은 탄성이 가장 작고, 제1c 영역(11C)은 중간 정도의 탄성을 가질 수 있다. 또한 공극이 없는 제2 영역(13)은 제1b 영역(11B)보다 작은 탄성을 가질 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부(10)는 공극의 개수를 서로 달리함으로써 영역별로 서로 다른 탄성을 가질 수 있다. 이에 따라 실제 인간의 피부를 보다 잘 모사할 수 있다.

다음 베이스(100)를 제거하여 완성된 인공피부(10)를 취출할 수 있다.

일 실시예로 경화된 충진부재(300)의 일면에 전도성 물질(15)을 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어 도 6에 나타낸 바와 같이, 베이스(100)를 제거하여 인공피부(10)를 취출한 상태에서 경화된 충진부재(300), 즉 인공피부(10)의 일면에 전도성 물질(15)을 코팅할 수 있다.

이에 따라 인공피부(10)를 도시하지 않은 도선 등과 연결함으로써 압력 센서로도 활용할 수 있다. 특히 인공피부(10)는 영역별로 서로 다른 탄성을 갖는 제1 영역(11)과 제2 영역(13) 상에 전도성 물질(15)을 구비하기 때문에 인간의 실체 피부와 유사한 그립감을 제공하면서 동시에 물체를 잡거나 눌렀을 때의 압력을 보다 정확히 인지할 수 있다.

전도성 물질(15)의 종류는 특별히 한정하지 않으며, 탄소나노튜브, 그래핀, 카본블랙, 실버파티클, 실버나노와이어, 골드나노와이어 및 이들 중 적어도 하나 이상의 복합물질일 수 있다.

도면에는 레이어 형상의 전도성 물질(15)을 인공피부(10)의 일면에 코팅하는 것으로 나타냈으나, 이에 한정하지 않는다. 예를 들어 전도성 물질(15)을 인공피부(10)의 내부에 함침시킬 수 있다. 함침 방법은 특별히 한정하지 않으며, 진공 함침, 멜트 믹싱(melt mixing) 또는 솔루션 믹싱(solution mixing) 등의 방법을 이용할 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법으로 제조한 인공피부(10A, 10B)의 평면을 나타낸다.

도 7a는 희생부재(200) 및 희생부재(200)가 배치되지 않는 영역을 정방형 격자 패턴으로 배치하여 제조한 인공피부(10A)를 나타낸다. 이에 따라 공극 구조를 갖는 제1 영역(11)과 공극 구조를 갖지 않는 제2 영역(13)도 체스판과 같은 격자 패턴으로 배치될 수 있다.

도 7b는 희생부재(200)의 형상, 희생부재(200)와 희생부재(200)가 배치되지 않는 영역을 불규칙하게 배치하여 제조한 인공피부(10B)를 나타낸다. 이에 따라 공극 구조를 갖는 제1 영역(11)과 공극 구조를 갖지 않는 제2 영역(13)도 불규칙한 패턴으로 배치될 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법은 제조하고자 하는 인공피부(10)의 형상과 크기 또는 특성 등을 고려하여 희생부재(200)의 형상, 희생부재(200)와 희생부재(200)가 배치되지 않는 영역을 형성할 수 있으며, 이를 통해 영역별로 서로 다른 탄성을 갖는 인공피부(10)를 제조할 수 있다.

즉 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법은 희생부재(200)와 충진부재(300)가 수용되는 베이스(100)의 형상과 크기를 적절히 선택하여, 제조하고자 하는 인공피부(10)의 전체적인 크기와 형상을 조절할 수 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법은 희생부재(200)의 격자 구조의 간격과 희생부재(200) 간의 간격을 조절하여 인공피부(10)의 제1 영역(11)과 제2 영역(13)의 탄성, 면적 및 배치 등을 조절할 수 있다.

이에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법은 인공피부(10)가 적용되는 대상과 분야 및 목적 등을 고려하여 영역별로 탄성을 조절해 인공피부(10)를 제조할 수 있다.

도 8a, 도 8b 및 도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법으로 제조한 인공피부(10C, 10D, 10E)를 적용한 상태를 나타낸다.

도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부(10C)를 로봇 또는 의수의 손가락이나 인간의 손가락에 배치한 상태를 나타낸다. 즉 인간의 손가락은 마디 부분과 마디와 마디 사이 부분의 탄성이 서로 다르다. 예를 들어 손가락 관절이 위치한 부분은 원활한 관절 움직임을 확보하기 위해 보다 큰 탄성을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부(10C)는 실제 인간의 손가락에 있어서 탄성이 상대적으로 큰 부분에는 제1 영역(11)을 배치하고, 탄성이 상대적으로 작은 부분에는 제2 영역(13)을 배치하며, 제1 영역(11) 내에서도 공극의 개수(공극의 밀도)를 달리 형성하여 실제 인간의 손가락 피부를 잘 모사할 수 있다.

도 8b 및 도 8c는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부(10D, 10E)를 로봇 또는 의수의 손바닥이나 인간의 손바닥과 발바닥에 배치한 상태를 나타낸다. 즉 인간의 손바닥과 발바닥도 마찬가지로 영역별로 탄성이 서로 다르다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부(10D, 10E)는 실제 인간의 손바닥과 발바닥에 있어서 탄성이 상대적으로 큰 부분에는 제1 영역(11)을 배치하고, 탄성이 상대적으로 작은 부분에는 제2 영역(13)을 배치하며, 제1 영역(11) 내에서도 공극의 개수(공극의 밀도)를 달리 형성하여 실제 인간의 손바닥과 발바닥 피부를 잘 모사할 수 있다.

일 실시예로 인공피부(10)를 특정 형상과 크기를 갖도록 일체로 형성하거나, 복수 개의 인공피부(10)를 서로 접합할 수 있다.

예를 들어 손가락이나 손바닥 또는 발바닥에 대응되는 인공피부(10)를 제조하는 경우, 제조하고자 하는 크기와 형상에 대응되는 베이스(100)를 준비하여 이를 이용해 일체로 이루어진 인공피부(10)를 제조할 수 있다.

또는 직육면체 또는 원기둥과 같이 상대적으로 단순한 형상을 갖는 베이스(100)를 복수 개 준비하고, 이를 이용해 제조한 복수 개의 인공피부(10)를 서로 접합해 원하는 형상의 인공피부(10)를 제조할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법 및 인공피부(10)는 영역별로 서로 다른 탄성을 가져, 인간의 실제 피부를 잘 모사할 수 있는 인공피부(10)를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법 및 인공피부(10)는 세포 등과 같이 생체에서 유래된 물질을 이용하지 않고도 인간의 피부를 잘 모사할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인공피부 제조방법 및 인공피부(10)는 희생부재(200)의 격자 간격을 조절하여 인공피부(10)의 탄성을 용이하게 조절할 수 있다.

이와 같이 도면에 도시된 실시예를 참고로 본 발명을 설명하였으나, 이는 예시에 불과하다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 일 실시예가 가능하다는 점을 충분히 이해할 수 있다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 기초하여 정해져야 한다.

실시예에서 설명하는 특정 기술 내용은 일 실시예들로서, 실시예의 기술 범위를 한정하는 것은 아니다. 발명의 설명을 간결하고 명확하게 기재하기 위해, 종래의 일반적인 기술과 구성에 대한 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재는 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로 표현될 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.

발명의 설명 및 청구범위에 기재된 "상기" 또는 이와 유사한 지시어는 특별히 한정하지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 지칭할 수 있다. 또한, 실시 예에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 또한, 실시예에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 실시예들이 한정되는 것은 아니다. 실시예에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 실시예를 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구범위에 의해 한정되지 않는 이상, 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 실시예의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.

10: 인공피부
11: 제1 영역
13: 제2 영역
15: 전도성 물질
100: 베이스
200: 희생부재
300: 충진부재

Claims

내부 공간을 갖는 베이스 상에 3차원 격자 구조를 갖는 복수 개의 희생부재를 형성하는 단계;
상기 베이스에 충진부재를 주입하고 경화하는 단계;
상기 희생부재를 제거하는 단계; 및
상기 베이스를 제거하는 단계;를 포함하고,
상기 희생부재를 형성하는 단계는 서로 다른 격자 간격을 갖는 상기 복수 개의 희생부재를 소정의 간격으로 이격하여 배치하고,
상기 충진부재를 주입하고 경화하는 단계는 상기 복수 개의 희생부재의 내부와 상기 복수 개의 희생부재 사이에 상기 충진부재를 주입하여, 상기 복수 개의 희생부재에 대응되는 각각의 영역에는 격자 간격에 따라 서로 다른 공극 밀도를 갖는 복수 개의 제1 영역을 형성하고, 상기 복수 개의 희생부재 사이에 대응되는 영역에는 공극이 형성되지 않는 복수 개의 제2 영역을 형성하는, 인공피부 제조방법.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 희생부재를 형성하는 단계는 3D 프린팅을 이용해 3차원 격자 구조를 형성하는, 인공피부 제조방법.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 충진부재를 주입하고 경화하는 단계는 상기 격자 구조의 내부 및 상기 복수 개의 희생부재 사이에 상기 충진부재를 주입 후 경화하여 일체로 형성하는, 인공피부 제조방법.
제1 항에 있어서,
상기 충진부재를 주입하고 경화하는 단계는 상기 충진부재를 주입 후, 상기 베이스의 바닥면에 위치한 배출공을 통해 상기 충진부재를 외부로 배출하여 기포를 제거하는, 인공피부 제조방법.
제1 항에 있어서,
상기 희생부재를 제거하는 단계는 경화된 충진부재를 초음파 처리, 교반 처리 또는 가열 처리 중 적어도 어느 하나를 실시하여 상기 희생부재를 용해하는, 인공피부 제조방법.
제1 항에 있어서,
상기 경화된 충진부재의 일면에 전도성 물질을 코팅하는 단계를 더 포함하는, 인공피부 제조방법.
제1 항, 제3 항, 제5 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 따른 인공피부 제조방법에 의해 제조된 인공피부로서,
상기 인공피부는 상기 복수 개의 제1 영역과 상기 복수 개의 제2 영역이 일체로 이루어지고,
상기 복수 개의 제1 영역은 서로 다른 공극률을 가지며, 서로 이격하여 배치되고,
상기 복수 개의 제2 영역은 상기 복수 개의 제1 영역 사이에 배치되며, 공극을 갖지 않는, 인공피부.
제9 항에 있어서,
상기 복수 개의 제1 영역 및 상기 복수 개의 제2 영역 중 적어도 일부를 커버하도록 일면에 배치되는 전도성 물질층을 더 포함하는 인공피부.