KR102484911B1

KR102484911B1 - 소프트 웨어러블 구동시스템

Info

Publication number: KR102484911B1
Application number: KR1020210037686A
Authority: KR
Inventors: 이동찬
Original assignee: 주식회사 헥사휴먼케어
Priority date: 2021-03-24
Filing date: 2021-03-24
Publication date: 2023-01-09
Also published as: KR20220132757A; WO2022203375A1; US20240165790A1; EP4316739A1

Abstract

개시된 본 발명에 의한 소프트 웨어러블 구동시스템은, 변형 가능한 유연한 재질로 마련되어 면방향으로 확장된 형상을 가지며, 부하 전압의 양에 따라 인장, 압축 및 굽힘 가운데 적어도 하나의 방식으로 변형되는 몸체부, 유연한 재질로 몸체부의 일측에 마련되어, 인체에 대한 몸체부의 설치 영역에서의 근육 활성도를 감지하는 센서부 및, 센서부에서 감지된 정보로 몸체부의 상기 부하 전압을 제어하는 제어부를 포함한다. 이러한 구성에 의하면, 경량이면서도 오랜 기간 사용에도 고출력이 가능하여, 사용성을 향상시킬 수 있다.

Description

소프트 웨어러블 구동시스템{SOFT WEAREABLE DRIVE SYSTEM}

본 발명은 소프트 웨어러블 구동시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 가변 강성 메타구조체를 이용하여 경량 및 유연성을 가짐으로써 사용성이 우수한 소프트 웨어러블 구동시스템에 관한 것이다.

웨어러블 로봇은 사용자의 보행능력을 향상시키거나 무거운 물체를 운반할 수 있도록 기계적인 힘을 더해주는 로봇 시스템이다. 이러한 로봇 시스템은 인간을 감싸는 형태로 마련되어, 인간의 지능과 로봇의 신체가 결합되는 장점이 있어, 폭 넓은 분야에 적용이 가능하다.

일반적인 근력지원이나 보행지원인 경우, 하드한 외골격 구조의 로봇 시스템이 제공된다. 또한, 근래에는 공압을 이용한 인공근육 개념의 착용형 소프트 로봇 시스템이나, 와이어, 탄성체 커프(Cuff) 또는 매듭을 이용하여 길이 조절이 가능한 로봇 시스템이 제시되고 있다.

한편, 이러한 다양한 로봇 시스템은 사용자의 움직임을 방해하지 않는 신체 맞춤형 다자유도 외골격, 장시간 큰 출력을 발생시킬 수 있는 이동형 모터 및 유압 구동기, 사용자의 움직임을 인식할 수 있는 센서 등과 같은 다양한 기술 분야에서는 아직 기술력이 미흡하다. 이에 따라, 근래에는 이상과 같은 다양한 기능면에서 로봇 시스템의 성능을 향상시키기 위한 연구가 지속적으로 요구되고 있다.

대한민국 등록특허공보 제1815640호 대한민국 등록특허공보 제1875732호 대한민국 등록특허공보 제2084168호

본 발명의 목적은 전극 활성 반응을 이용한 가변 강성 메타구조체를 이용한 구동 지원이 가능함으로써, 사용성이 향상된 소프트 웨어러블 구동시스템을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 소프트 웨어러블 구동시스템은, 변형 가능한 유연한 재질로 마련되어 면방향으로 확장된 형상으로 인체에 설치되며, 부하 전압의 양에 따라 인장, 압축 및 굽힘 가운데 적어도 하나의 방식으로 변형되는 몸체부, 유연한 재질로 상기 몸체부의 일측에 마련되어, 상기 인체에 대한 상기 몸체부의 설치 영역에서의 근육 활성도를 감지하는 센서부 및, 상기 센서부에서 감지된 정보로 상기 몸체부의 상기 부하 전압을 제어하는 제어부를 포함한다.

또한, 상기 몸체부와 센서부는 한 몸체로 마련되고, 상기 몸체부는 상기 센서부를 사이에 두고 접착력을 제공하는 접착층이 마련되어 인체에 대해 착탈 가능한 적어도 하나의 패치로 마련될 수 있다.

또한, 상기 몸체부는 3차원 텍스타일 액츄에이터를 포함할 수 있다.

또한, 상기 센서부는 3차원 압력 텍스타일 센서 또는 상기 몸체부의 일측에 소정 패턴으로 프린팅되는 스트레인 게이지(Strain gauges)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 몸체부는, 다방향으로 탄성 변형이 가능한 재질로 마련되어 전극 활성화에 의해 강성이 가변되는 메타구조체, 상기 메타구조체의 내부에 충전되어 전압에 따라 변형되는 겔 형상의 겔층 및, 상기 메타구조체의 양면에 플라즈마 에칭 처리에 의해 형성되어 전압이 인가되는 표면층을 포함하는 몸체 및, 상기 센서부를 사이에 두고 상기 몸체의 일측에 적층되어 접착력을 제공하는 접착층을 포함할 수 있다.

또한, 상기 겔층은 상기 메타구조체의 내부에 상기 겔 형태로 삽입되는 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오르프로필렌(PVDF-HFP, PolyVinyliDene Fluoride-HexaFluoroPropylene)를 포함하는 고분자 공중합체를 포함할 수 있다.

또한, 상기 표면층은 상기 메타구조체의 표면에 아르곤 또는 질소에 의해 상기 플라즈마 에칭 처리되어 형성된 후에, 전극용액을 고착하고 이온화 용액에 침수하여 이온화 영동을 가속화시켜 마련될 수 있다.

또한, 상기 메타구조체는 메타 물질로 마련되는 복수의 단위 구조셀을 포함하며, 상기 복수의 단위 구조셀은 서로 연결되는 격자 구조를 형성하거나, 크로스 카이랄 벌집(cross chiral honeycomb) 구조를 가질 수 있다.

또한, 상기 복수의 단위 구조셀은 폭방향으로 연장되는 복수의 폭방향 연장 줄기 및, 상기 복수의 폭방향 연장 줄기와 상호 교차하도록 두께 방향으로 연장되는 복수의 두께방향 연장 줄기를 포함하며, 상기 복수의 폭방향 연장 줄기는 서로 반대 방향으로 경사지는 복수의 제1 및 제2폭방향 경사부 및, 상기 제1 및 제2폭방향 경사부를 서로 경사지게 연결하는 복수의 폭방향 연결부를 포함하고, 상기 복수의 두께방향 연장 줄기는 서로 반대 방향으로 경사지며 상기 제1 및 제2 폭방향 경사부와 각각 교차하는 복수의 제1 및 제2두께방향 경사부 및, 상기 제1 및 제2두께방향 경사부를 서로 경사지게 연결하는 복수의 두께방향 연결부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 폭방향 연결부에 대해 상기 제1 및 제2폭방향 경사부는 각각 제1각도를 이루도록 경사지게 형성되고, 상기 두께방향 연결부에 대해 상기 제1 및 제2두께방향 경사부는 상기 제1각도와 상이한 제2각도를 이루도록 경사지게 형성될 수 있다.

또한, 상기 센서부는, 한 쌍으로 마련되는 지지층 및, 상기 한 쌍의 지지층 사이에 복수의 공극을 구비하여 마련되어, 상기 근육의 활성도에 따른 압력 변화로 압축 가능한 스폰지층을 포함하며, 상기 복수의 공극은 상기 한 쌍의 지지층 중 어느 하나로부터 다른 하나로 갈수록 크기가 커지거나 작아질 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 측면에 의한 소프트 웨어러블 구동시스템은, 내부에 유연하며 변형 가능한 구조체가 내장되어, 부하 전압 변화에 따라 인장, 압축 및 굽힘 가운데 적어도 하나의 방식으로 변형되는 몸체부, 상기 몸체부와 인체 사이에 마련되어, 상기 몸체부가 설치된 상기 인체의 설치 영역에서의 근육 활성도를 감지하는 센서부 및, 상기 센서부에 의해 감지된 정보로 상기 몸체부의 상기 부하 전압을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 몸체부 및 센서부는 한 몸체로 마련되어 상기 인체에 적어도 1개소에 착탈 가능하게 부착된다.

또한, 상기 몸체부는 메타구조체를 구비하는 3차원 텍스타일 액츄에이터를 포함하고, 상기 센서부는 3차원 압력 텍스타일 센서 또는 상기 몸체부의 일측에 소정 패턴으로 프린팅되는 스트레인 게이지(Strain gauges)를 포함할 수 있다.

또한, 상기 몸체부는, 다방향으로 탄성 변형이 가능한 재질로 마련되어 전극 활성화가 가능한 메타구조체, 상기 메타구조체의 내부에 충전되어 전압에 따라 변형되는 겔 형상의 겔층 및, 상기 메타구조체의 양면에 플라즈마 에칭 처리에 의해 형성되어 전압이 인가되는 표면층을 포함하는 몸체 및, 상기 센서부를 사이에 두고 상기 몸체의 일측에 적층되어 접착력을 제공하는 접착층을 포함할 수 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 첫째, 면방향으로 확장된 경량, 유연성 및 대변형이 가능한 소프트 웨어러블 구동시스템이 사용자에 부착되어 근력을 지원할 수 있어, 소형화 및 실용화에 유리하다.

둘째, 각 부위별 근육의 활성 정도를 센서부가 파악하여 몸체부의 인장, 압축 및 굽힘 변형을 유도함으로써, 근력 지원 및 보행 지원을 저전압에서도 수행할 수 있다. 그로 인해, 장기간 사용에도 균일한 출력을 발생시킬 수 있다.

셋째, 유연한 재질 특성을 가지는 몸체부와 센서부가 한 몸체로 마련되는 패치로 마련되어 인체에 부착 가능함으로써, 웨어러블 소프트 외골격을 제공할 수 있다.

넷째, 기존의 공기압 또는 유압의 공급 없이도 부착된 영역의 근육 활성도에 따라 몸체부의 강성을 가변시킬 수 있는 간단한 구조를 제공할 수 있어, 경제적으로도 유리하면서도 다양한 사용자에 대한 접근성이 우수하다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 소프트 웨어러블 구동시스템이 인체에 장착된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 일 실시예에 의한 소프트 웨어러블 구동시스템을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3 내지 도 7은 도 2에 도시된 소프트 웨어러블 구동시스템의 몸체부의 제조 방법을 각 단계별로 개략적으로 도시한 도면들이다.
도 8 내지 도 10은 도 2에 도시된 소프트 웨어러블 구동시스템의 몸체부의 가변 강성 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면이다. 그리고,
도 11은 도 2에 도시된 소프트 웨어러블 구동시스템의 센서부의 센싱 동작을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 설명한다. 다만, 본 발명의 사상이 그와 같은 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 사상은 실시예를 이루는 구성요소의 부가, 변경 및 삭제 등에 의해서 다르게 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 발명의 사상에 포함되는 것이다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 소프트 웨어러블 구동시스템(1)은 몸체부(10), 센서부(20) 및 제어부(30)를 포함하여, 사용자(H)의 인체 표면에 부착된다.

참고로, 본 발명에서 설명하는 소프트 웨어러블 구동시스템(1)은 도 1과 같이 소정 면적을 가지도록 복수개 제공되어, 사용자(H) 인체의 복수의 영역에 대해 부착 가능하다. 이러한 소프트 웨어러블 구동시스템(1)의 개수, 면적 및 부착 위치 등은 도시된 예로만 한정되지 않으며, 다양하게 변경 가능하다.

몸체부(10)는 인장, 압축 및 굽힘과 같은 변형이 가능한 유연한 재질로 마련되어 면방향으로 확장된 형상을 가지며, 전압 부하에 따른 강성이 가변된다. 이러한 몸체부(10)는 일종의 3차원 텍스타일 액츄에이터(Actuator)를 포함하며, 본 실시예에서는 몸체(11) 및 접착층(15)을 포함한다.

몸체(11)는 도 3 내지 도 7의 도시와 같이, 메타구조체(12), 겔층(13) 및 표면층(14)으로 구성된다. 이러한 몸체(11)는 도 3 내지 도 7의 도시와 같이 제조되며, 이를 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 3의 (a)와 같이, 메타구조체(12)는 상하 및 측면 등과 같이 다방향으로 탄성 변형이 가능한 재질로 마련되는 메타(Meta) 물질로 마련된다. 여기서, 메타구조체(12)는 도 3의 확대 도시된 (b) 및 (c)와 같이, 음(negative)의 포아송 비(Poisson's Ratio)를 가지는 메타 물질(meta material)로 마련되는 복수의 단위 구조셀(12a)을 포함한다.

복수의 단위 구조셀(12a)은 서로 연결되는 격자 구조 또는 크로스 카이랄 벌집(cross chiral honeycomb) 구조를 가질 수 있다. 이러한 메타구조체(12)는 부하 전압에 연동하여 팽창 및 수축하도록 복수의 폭방향 연장 줄기(121) 및 복수의 두께방향 연장 줄기(122)를 포함한다.

참고로, 도 3의 도시에서는 복수의 단위 구조셀(12a)이 복수의 폭방향 연장 줄기(121) 및 복수의 두께방향 연장 줄기(122)가 상호 격자 구조로 연결되는 것으로 도시 및 예시하나, 꼭 이에 한정되지 않는다. 만약, 복수의 단위 구조셀(12a)이 크로스 카이랄 벌집 구조로 마련될 경우, 격자 구조에 비해 강성 조절에 보다 유리할 수 있다.

복수의 폭방향 연장 줄기(121)는 도 3에 도시된 X축 또는 Y축 방향에 대응되는 폭방향을 따라 연장되며, 서로 반대 방향으로 경사지는 복수의 제1 및 제2폭방향 경사부(121a)(121b) 및, 제1 및 제2폭방향 경사부(121a)(121b)를 서로 경사지게 연결하는 복수의 폭방향 연결부(121c)를 포함한다.

또한, 복수의 두께방향 연장 줄기(122)는 도 3에 도시된 Z축 방향에 대응되는 두께 방향으로 연장된다. 이러한 복수의 두께방향 연장 줄기(122)는 서로 반대 방향으로 경사지며 제1 및 제2 폭방향 경사부(121a)(121b)와 각각 교차하는 복수의 제1 및 제2두께방향 경사부(122a)(122b) 및, 제1 및 제2두께방향 경사부(122a)(122b)를 서로 경사지게 연결하는 복수의 두께방향 연결부(122c)를 포함한다. 여기서, 폭방향 연결부(121c)에 대해 제1 및 제2폭방향 경사부(121a)(121b)는 각각 제1각도를 이루도록 경사지게 연장되며, 두께방향 연결부(122c)에 대해 제1 및 제2두께방향 경사부(122a)(122b)는 제1각도와 상이한 제2각도를 이루도록 경사지게 형성된다.

한편, 자세히 도시되지 않았으나, 단위 구조셀(12)은 폭방향 연장 줄기(121)와 두께방향 연장 줄기(122)를 서로 연결하는 연결 줄기를 더 포함할 수 있다.

이상과 같은 단위 구조 셀(12a)이 복수개로 마련되어 메타구조체(12)를 형성시킴으로써, 제조가 용이하고, 부하 전압에 따른 수축 및 팽창시의 강성 변화 특성이 우수하다.

도 4의 도시와 같이, 마련된 메타구조체(12)의 내부에는 겔층(13)이 삽입된다. 겔층(13)은 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오르프로필렌(PVDF-HFP, PolyVinyliDene Fluoride-HexaFluoroPropylene)를 포함하는 고분자 공중합체를 겔(Gel) 형태로 마련되어, 메타구조체(12) 내부의 공간에 삽입된다. 여기서, 겔층(13)은 메타구조체(12)의 내부에 삽입되는 일종의 폴리머 겔층(polymer electrode layer)으로써, 전류 인가에 따른 강성 변화로 유연한 재질인 메타구조체(12)의 형태 변화를 유도할 수 있다.

이 후, 도 5의 도시와 같이, 겔층(13)이 삽입된 메타구조체(12)는 표면에 아르곤 또는 질소와 같은 가스에 의해 플라즈마 에칭이 진행됨으로써, 메타구조체(12)의 양면에 표면층(14)을 형성시킨다. 여기서, 표면층(14)은 기체 상태를 지난 그 속의 기체분자들끼리 격렬하게 충돌하여 이온화를 발생시킴으로써, 다수의 양이온(+)과 전자(-)가 발생시킨다. 이렇게 발생된 다수의 양이온(+)과 전자(-)는 표면층(14)을 따라 유동 가능한 상태이다.

양면에 표면층(14)이 마련된 메타구조체(12)는 도 6의 도시와 같이, 전극용액을 부착시켜 유동 상태인 양이온(+)과 전자(-)를 메타구조체(12)의 양면에 고착시킨다. 그로 인해, 메타구조체(12)의 양면에 대해 양이온(+)과 전자(-)의 응집성을 향상시킨다.

마지막으로, 양이온(+)과 전자(-)가 비유동된 상태인 표면층(14)이 마련된 메타구조체(12)는 도 7의 (a)와 같이, 이온화 용액(L)에 침수된다. 여기서, 이온화 용액()에 메타구조체(12)가 침수됨으로써, 이온화 영동(ionic migration)이 가속화된다.

마지막으로, 이온화 용액(L)에서 분리된 메타구조체는 도 7의 (b)와 같이 건조됨으로써, 최종적으로 전극이 활성화된 메타구조체(12)를 구비하는 몸체(11)로 제조된다.

이렇게 제조되어 마련된 몸체(11)는 도 8의 도시와 같이, 유연한 특성을 가지는 메타구조체(12)의 내부에 전극의 중간 매개층인 겔층(13)이 삽입되어 제공된다. 그로 인해, 도 9 및 도 10의 도시와 같이, 부하 전압의 양에 따라 일정 전압이 몸체(11)에 가해지면, 일종의 스프링과 같은 탄성 구조의 복수의 단위 구조셀(12a)로 구성된 메타구조체(12)의 형태로 인해 메타구조체(12) 내부에 삽입된 겔 형태의 겔층(13)에서 전자기 특성에 의해 압축 변형될 수 있다. 즉, 겔층(13)이 삽입된 메타구조체(12)를 포함하는 몸체(11)는 일정 전압에 대한 변동에 따라 메타구조체(12)의 셀들의 변형에 따라 스프링과 같은 가변강성을 발생시키는 것이다.

참고로, 도 9의 도시는 일정 전압 이상인 (+) 전압차에 대한 몸체(11)의 굽힘 가변 강성 구동을 개략적으로 도시하였으나, 도 10의 도시는 일정 전압 이하인 (-) 전압차에 대한 굽힘 가변 강성 구동을 개략적으로 도시하였다. 이렇게 겔층(13)이 삽입된 유연한 재질의 메타구조체(12)를 구비하는 몸체(11)는 일정 전압 이상과 이하에서 인장, 압축 및 굽힘 변형이 발생되게 된다.

접착층(15)은 후술할 센서부(20)를 사이에 두고 몸체(11)의 일측에 적층되어, 접착력을 제공한다. 이때, 접착층(15)은 도 1의 도시와 같이, 사용자(H)에 몸체(11)를 부착시키기 위한 접착력을 제공한다.

센서부(20)는 유연한 재질로 몸체부(10)의 일측에 마련되어, 몸체부(10)의 전압 부하에 따른 전극 활성을 감지한다. 이러한 센서부(20)는 도 2의 도시와 같이, 접착층(15)을 사이에 두고 몸체부(10)의 일측에 마련되며, 몸체부(10)와 일종의 패치와 같이 한 몸체로 마련된다. 이로 인해, 센서부(20)는 사용자(H)에 부착된 상태에서 근육의 활성도를 측정한다.

도 11을 참고하여 보다 자세히 설명하면, 센서부(20)는 한 쌍의 지지층(21) 사이에 공극(23)을 가지는 멀티스케일(Multiscale)의 스폰지(Sponge)층이 마련된다. 여기서, 스폰지층(22)은 도 11의 (a)와 같이, 한 쌍의 지지층(21) 중 어느 하나로부터 다른 하나로 갈수록 공극(23)의 크기가 점점 커지거나 작아지도록 마련된다. 이때, 도 11의 (b)와 같이, 스폰지층(22)의 공극(23)이 점점 커질수록 낮은 압력에 변형되고, 도 11의 (c)와 같이, 스폰지층(22)의 공극(23)이 점점 작아질수록 높은 압력에 변형된다. 이러한 스폰지층(22)의 공극(23)이 압력에 따라 변형됨을 이용해, 몸체부(10)가 부착된 사용자(H)의 각 부위별 근육 활성도를 감지할 수 있다.

한편, 센서부(20)는 도 11에 도시된 공극(23)을 가지는 스폰지층(22)을 구비하는 것으로만 한정하지 않으며, 몸체부(10)의 일측에 소정 패턴으로 프린팅되는 스트레인 게이지(Strain gauges)를 포함하는 변형예도 가능하다. 즉, 센서부(20)는 3차원 압력 텍스타일 센서로써, 다양한 변형 실시예가 가능하다.

제어부(30)는 센서부(20)에서 감지된 활성정보에 대응하여 몸체부(10)에 인가되는 전압을 제어한다. 이러한 제어부(30)는 센서부(20)에 의해 전압 부하에 따른 전극활성에 의하여 각 부위별 근육의 활성 정도가 감지되면, 이를 근거로 몸체부(10)의 인장, 압축 및 굽힘 변형을 유도한다. 즉, 제어부(30)는 센서부(20)에 의해 감지된 근육 활성도에 따라 몸체부(10)의 변형을 유도하여, 사용자의 근력 지원 및 보행 지원을 저전압에서 수행시킨다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 소프트 웨어러블 구동시스템(1)의 구동 동작을 도 1 내지 2를 참고하여 설명한다.

도 1 및 도 2와 같이, 면방향으로 확장된 형상을 가지는 몸체부(10)는 접착층(15)을 구비하여 사용자(H)에 부착된다. 이때, 사용자(H)의 근력 지원이 요구되는 다양한 위치에 복수의 몸체부(10)가 접착될 수 있다.

몸체부(10)는 센서부(20)를 사이에 두고 사용자(H)에 부착됨으로써, 센서부(20)가 사용자(H)의 인체의 각 부위별 근육의 활성정도를 감지한다. 이때, 센서부(20)는 유연한 재질의 3차원 압력 텍스타일 센서로 마련되어, 각 부위별 근육의 활성 정도에 따른 전압에 따른 압력 차이로 변형이 유도된다(도 11 참고).

센서부(20)로 감지된 각 부위별 근육의 활성정도에 근거하여, 제어부(30)는 몸체부(10)에 제공되는 전압을 제어한다. 여기서, 몸체부(10)는 도 3 내지 도 7과 같이 메타구조체(12), 메타구조체(12) 내부에 삽입된 겔 형태의 겔층(13)을 포함하도록 마련되며, 양측면에는 표면층(14)이 마련된 상태이다. 제어부(30)는 표면층(14)과 연결되어 소정 전압을 인가함으로써, 겔층(13)의 전압에 따른 변형을 유도한다.

보다 구체적으로, 몸체부(10)는 도 8 내지 도 10과 같이 몸체부(10)에 전압이 가해지면, 탄성력을 가지는 메타구조체(12)의 내부에 삽입된 겔층(13)에서 전자기 특성으로 압축 또는 인장이 야기된다. 그로 인해, 겔층(13)에서 발생된 변형으로 메타구조체(12)가 굽힘 변형됨으로써, 가변 강성을 발생시켜 사용자(H)의 근력을 지원하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1: 소프트 웨어러블 구동시스템
10: 몸체부
11: 몸체
12: 메타구조체
12a: 단위 구조셀
13: 겔층
14: 표면층
15: 접착층
20: 센서부
21: 지지층
22: 스폰지층

Claims

변형 가능한 유연한 재질로 마련되어 면방향으로 확장된 형상으로 인체에 설치되며, 부하 전압의 양에 따라 인장, 압축 및 굽힘 가운데 적어도 하나의 방식으로 변형되는 몸체부;
유연한 재질로 상기 몸체부의 일측에 마련되어, 상기 인체에 대한 상기 몸체부의 설치 영역에서의 근육 활성도를 감지하는 센서부; 및
상기 센서부에서 감지된 정보로 상기 몸체부의 상기 부하 전압을 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 몸체부는,
다방향으로 탄성 변형이 가능한 재질로 마련되어 전극 활성화에 의해 강성이 가변되는 메타구조체, 상기 메타구조체의 내부에 충전되어 전압에 따라 변형되는 겔 형상의 겔층 및, 상기 메타구조체의 양면에 플라즈마 에칭 처리에 의해 형성되어 전압이 인가되는 표면층을 포함하는 몸체; 및
상기 센서부를 사이에 두고 상기 몸체의 일측에 적층되어 접착력을 제공하는 접착층;을 포함하고,
상기 겔층은 상기 표면층에 인가되는 전압에 따른 강성 변화를 통해 상기 메타구조체의 형태 변화를 유도하는 소프트 웨어러블 구동시스템.
제1항에 있어서,
상기 몸체부와 센서부는 한 몸체로 마련되고, 상기 몸체부는 상기 센서부를 사이에 두고 접착력을 제공하는 접착층이 마련되어 인체에 대해 착탈 가능한 적어도 하나의 패치로 마련되는 소프트 웨어러블 구동시스템.
제1항에 있어서,
상기 몸체부는 3차원 텍스타일 액츄에이터를 포함하는 소프트 웨어러블 구동시스템.
제1항에 있어서,
상기 센서부는 3차원 압력 텍스타일 센서 또는 상기 몸체부의 일측에 소정 패턴으로 프린팅되는 스트레인 게이지(Strain gauges)를 포함하는 소프트 웨어러블 구동시스템.
변형 가능한 유연한 재질로 마련되어 면방향으로 확장된 형상으로 인체에 설치되며, 부하 전압의 양에 따라 인장, 압축 및 굽힘 가운데 적어도 하나의 방식으로 변형되는 몸체부;
유연한 재질로 상기 몸체부의 일측에 마련되어, 상기 인체에 대한 상기 몸체부의 설치 영역에서의 근육 활성도를 감지하는 센서부; 및
상기 센서부에서 감지된 정보로 상기 몸체부의 상기 부하 전압을 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 센서부는,
한 쌍으로 마련되는 지지층; 및
상기 한 쌍의 지지층 사이에 복수의 공극을 구비하여 마련되어, 상기 근육의 활성도에 따른 압력 변화로 압축 가능한 스폰지층;을 포함하며,
상기 복수의 공극은 상기 한 쌍의 지지층 중 어느 하나로부터 다른 하나로 갈수록 크기가 커지거나 작아지고,
상기 스폰지층은, 상기 공극들의 크기가 커질수록 압축 변형되기 위한 압력의 크기가 작아지고, 상기 공극들의 크기가 작아질수록 압축 변형되기 위한 압력의 크기가 커지는 소프트 웨어러블 구동시스템.
제1항에 있어서,
상기 겔층은 상기 메타구조체의 내부에 상기 겔 형태로 삽입되는 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오르프로필렌(PVDF-HFP, PolyVinyliDene Fluoride-HexaFluoroPropylene)를 포함하는 고분자 공중합체를 포함하는 소프트 웨어러블 구동시스템.
제1항에 있어서,
상기 표면층은 상기 메타구조체의 표면에 아르곤 또는 질소에 의해 상기 플라즈마 에칭 처리되어 형성된 후에, 전극용액을 고착하고 이온화 용액에 침수하여 이온화 영동을 가속화시켜 마련되는 소프트 웨어러블 구동시스템.
제1항에 있어서,
상기 메타구조체는 메타 물질로 마련되는 복수의 단위 구조셀을 포함하며,
상기 복수의 단위 구조셀은 서로 연결되는 격자 구조를 형성하거나, 크로스 카이랄 벌집(cross chiral honeycomb) 구조를 가지는 소프트 웨어러블 구동시스템.
제8항에 있어서,
상기 복수의 단위 구조셀은 폭방향으로 연장되는 복수의 폭방향 연장 줄기 및, 상기 복수의 폭방향 연장 줄기와 상호 교차하도록 두께 방향으로 연장되는 복수의 두께방향 연장 줄기를 포함하며,
상기 복수의 폭방향 연장 줄기는 서로 반대 방향으로 경사지는 복수의 제1 및 제2폭방향 경사부 및, 상기 제1 및 제2폭방향 경사부를 서로 경사지게 연결하는 복수의 폭방향 연결부를 포함하고,
상기 복수의 두께방향 연장 줄기는 서로 반대 방향으로 경사지며 상기 제1 및 제2 폭방향 경사부와 각각 교차하는 복수의 제1 및 제2두께방향 경사부 및, 상기 제1 및 제2두께방향 경사부를 서로 경사지게 연결하는 복수의 두께방향 연결부를 포함하는 소프트 웨어러블 구동시스템.
제9항에 있어서,
상기 폭방향 연결부에 대해 상기 제1 및 제2폭방향 경사부는 각각 제1각도를 이루도록 경사지게 형성되고,
상기 두께방향 연결부에 대해 상기 제1 및 제2두께방향 경사부는 상기 제1각도와 상이한 제2각도를 이루도록 경사지게 형성되는 소프트 웨어러블 구동시스템.
제1항에 있어서,
상기 센서부는,
한 쌍으로 마련되는 지지층; 및
상기 한 쌍의 지지층 사이에 복수의 공극을 구비하여 마련되어, 상기 근육의 활성도에 따른 압력 변화로 압축 가능한 스폰지층;
을 포함하며,
상기 복수의 공극은 상기 한 쌍의 지지층 중 어느 하나로부터 다른 하나로 갈수록 크기가 커지거나 작아지는 소프트 웨어러블 구동시스템.
내부에 유연하며 변형 가능한 구조체가 내장되어, 부하 전압 변화에 따라 인장, 압축 및 굽힘 가운데 적어도 하나의 방식으로 변형되는 몸체부;
상기 몸체부와 인체 사이에 마련되어, 상기 몸체부가 설치된 상기 인체의 설치 영역에서의 근육 활성도를 감지하는 센서부; 및
상기 센서부에 의해 감지된 정보로 상기 몸체부의 상기 부하 전압을 제어하는 제어부;
를 포함하며,
상기 몸체부 및 센서부는 한 몸체로 마련되어 상기 인체에 적어도 1개소에 착탈 가능하게 부착되고,
상기 몸체부는,
다방향으로 탄성 변형이 가능한 재질로 마련되어 전극 활성화가 가능한 메타구조체, 상기 메타구조체의 내부에 충전되어 전압에 따라 변형되는 겔 형상의 겔층 및, 상기 메타구조체의 양면에 플라즈마 에칭 처리에 의해 형성되어 전압이 인가되는 표면층을 포함하는 몸체; 및
상기 센서부를 사이에 두고 상기 몸체의 일측에 적층되어 접착력을 제공하는 접착층;을 포함하며,
상기 겔층은 상기 표면층에 인가되는 전압에 따른 강성 변화를 통해 상기 메타구조체의 형태 변화를 유도하는 소프트 웨어러블 구동시스템.
제12항에 있어서,
상기 몸체부는 메타구조체를 구비하는 3차원 텍스타일 액츄에이터를 포함하고,
상기 센서부는 3차원 압력 텍스타일 센서 또는 상기 몸체부의 일측에 소정 패턴으로 프린팅되는 스트레인 게이지(Strain gauges)를 포함하는 소프트 웨어러블 구동시스템.
내부에 유연하며 변형 가능한 구조체가 내장되어, 부하 전압 변화에 따라 인장, 압축 및 굽힘 가운데 적어도 하나의 방식으로 변형되는 몸체부;
상기 몸체부와 인체 사이에 마련되어, 상기 몸체부가 설치된 상기 인체의 설치 영역에서의 근육 활성도를 감지하는 센서부; 및
상기 센서부에 의해 감지된 정보로 상기 몸체부의 상기 부하 전압을 제어하는 제어부;를 포함하며,
상기 몸체부 및 센서부는 한 몸체로 마련되어 상기 인체에 적어도 1개소에 착탈 가능하게 부착되고,
상기 센서부는,
한 쌍으로 마련되는 지지층; 및
상기 한 쌍의 지지층 사이에 복수의 공극을 구비하여 마련되어, 상기 근육의 활성도에 따른 압력 변화로 압축 가능한 스폰지층;을 포함하며,
상기 복수의 공극은 상기 한 쌍의 지지층 중 어느 하나로부터 다른 하나로 갈수록 크기가 커지거나 작아지고,
상기 스폰지층은, 상기 공극들의 크기가 커질수록 압축 변형되기 위한 압력의 크기가 작아지고, 상기 공극들의 크기가 작아질수록 압축 변형되기 위한 압력의 크기가 커지는 소프트 웨어러블 구동시스템.
제12항에 있어서,
상기 겔층은 상기 메타구조체의 내부에 상기 겔 형태로 삽입되는 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오르프로필렌(PVDF-HFP, PolyVinyliDene Fluoride-HexaFluoroPropylene)를 포함하는 고분자 공중합체를 포함하는 소프트 웨어러블 구동시스템.
제12항에 있어서,
상기 표면층은 상기 메타구조체의 표면에 아르곤 또는 질소에 의해 상기 플라즈마 에칭 처리되어 형성된 후에, 전극용액을 고착하고 이온화 용액에 침수하여 이온화 영동을 가속화시켜 마련되는 소프트 웨어러블 구동시스템.
제12항에 있어서,
상기 메타구조체는 메타 물질로 마련되는 복수의 단위 구조셀을 포함하며,
상기 복수의 단위 구조셀은 서로 연결되는 격자 구조를 형성하거나, 크로스 카이랄 벌집(cross chiral honeycomb) 구조를 가지는 소프트 웨어러블 구동시스템.
제17항에 있어서,
상기 복수의 단위 구조셀은 폭방향으로 연장되는 복수의 폭방향 연장 줄기 및, 상기 복수의 폭방향 연장 줄기와 상호 교차하도록 두께 방향으로 연장되는 복수의 두께방향 연장 줄기를 포함하며,
상기 복수의 폭방향 연장 줄기는 서로 반대 방향으로 경사지는 복수의 제1 및 제2폭방향 경사부 및, 상기 제1 및 제2폭방향 경사부를 서로 경사지게 연결하는 복수의 폭방향 연결부를 포함하고,
상기 복수의 두께방향 연장 줄기는 서로 반대 방향으로 경사지며 상기 제1 및 제2 폭방향 경사부와 각각 교차하는 복수의 제1 및 제2두께방향 경사부 및, 상기 제1 및 제2두께방향 경사부를 서로 경사지게 연결하는 복수의 두께방향 연결부를 포함하는 소프트 웨어러블 구동시스템.
제18항에 있어서,
상기 폭방향 연결부에 대해 상기 제1 및 제2폭방향 경사부는 각각 제1각도를 이루도록 경사지게 형성되고,
상기 두께방향 연결부에 대해 상기 제1 및 제2두께방향 경사부는 상기 제1각도와 상이한 제2각도를 이루도록 경사지게 형성되는 소프트 웨어러블 구동시스템.
제12항에 있어서,
상기 센서부는,
한 쌍으로 마련되는 지지층; 및
상기 한 쌍의 지지층 사이에 복수의 공극을 구비하여 마련되어, 상기 근육의 활성도에 따른 압력 변화로 압축 가능한 스폰지층;
을 포함하며,
상기 복수의 공극은 상기 한 쌍의 지지층 중 어느 하나로부터 다른 하나로 갈수록 크기가 커지거나 작아지는 소프트 웨어러블 구동시스템.