KR20150114509A

KR20150114509A - 전자 피부 및 그 제조 방법과 용도

Info

Publication number: KR20150114509A
Application number: KR1020157022839A
Authority: KR
Inventors: 팅 장; 슈에원 왕; 쭈어핑 시옹; 양 꾸; 원 꾸
Original assignee: 중국 과학원, 쑤저우 나노기술 및 나노바이오닉스 연구소
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2014-01-28
Publication date: 2015-10-12
Also published as: AU2014211862A1; CA2899676A1; KR101877108B1; JP2016516174A; US9816882B2; EP2953012A1; EP2953012A4; EP2953012B1; CA2899676C; WO2014117724A1; US20160011063A1; JP6180547B2; AU2014211862B2

Abstract

본 발명은 압전 저항형 전자 피부 및 그 제조 방법과 용도를 제공한다. 상기 압전 저항형 전자 피부는 카본나노튜브 박막을 사용하여 도전층(21, 22)으로 하고, 나노 패턴을 가진 폴리디메틸실록산, 폴리에틸렌 테레프타레이트, 폴리비닐 에틸 알코올, 폴리비닐 플루오라이드, 폴리에틸렌 등 재질을 기판으로 하여, 기판이 고유연성, 만곡하기 쉬운 등의 장점을 가지게 되었으며, 이는 동작 전압이 낮고, 소비 전력이 작고, 감도가 높고, 응답 시간이 짧다. 패턴화된 플렉시블 기판(11, 12)을 사용하여 기반으로 하여, 전자 피부의 외부 작용력에 대한 감도를 크게 향상시켰다. 또한, 본 발명은 정전 용량형 전자 피부 및 그 제조 방법을 제공하였다. 또한, 본 발명은 압전 저항형 또는 정전 용량형 전자 피부가 음성 인식, 맥박 검출, 의료용 로보트 등 방면에서의 응용도 제공하였다.

Description

전자 피부 및 그 제조 방법과 용도{ELECTRONIC SKIN, PREPARATION METHOD AND USE THEREOF}

본 발명은 센서 분야와 관련되어 있으며, 특히 전자 피부 및 그 제조 방법과 용도에 관한 것이다.

로보트는 인공지능 자동화 기기로서, 점점 인류의 일상생활에 유입되고 있으며, 예를 들면 고온, 고압, 폭발물 처리와 같은 위험성을 수반하는 산업에 사람을 대신해 관련 작업을 집행하고 있다. 현재의 로보트 시스템은 각종의 센서가 집적되어 있어 사람의 시각, 청각, 후각과 같은 기능을 실현하고 있다. 그러나 로보트 시스템에 있어서, 사람과 같은 민감한 촉각 기능을 가지는 것은 시종 도전적인 문제의 하나였다. 전자 피부의 탄생에 의해 로보트 시스템에 거대한 변화를 주었고 로보트는 외부 환경으로부터 더 많은 정보를 얻을 수 있게 되었다.

2004년 도쿄 대학이 OFET 전자 피부를 제안한 이래, 일본 및 미국의 일부 연구팀에 의해 유기 전계효과 트랜지스터형, 정전 용량형, 압전 저항형의 전자 피부가 성공적으로 구축된 사실이 보도되고 있다. 그러나 이것들에는 각각 장단점이 있다. 예를 들면, 가공 공정 및 기기의 구조가 복잡하고, 구동 전압이 높고, 감도가 낮고, 강성 실리콘기재를 사용하는 것에 의한 기기의 비투명 및 비유연성의 특성이 기기의 사용 범위를 제한하고 있다. 그러므로 구조가 간단하고, 감도 및 정밀도가 높고, 내구성이 뛰어난 인공 전자 피부를 제공할 필요가 있다.

구글글래스, 애플 워치 iWatch등 컨셉제품이 지속적으로 나타남에 따라, 웨어러블 디바이스도 고감도, 저비용, 저소비전력, 휴대성이 보다 편리한 사용 체험등의 장점을 가지고 사람들의 주목을 끌고 있으며, 이는 PC 및 스마트폰에 없는 기능을 넓히고 있다. 소프트웨어 및 하드웨어 기술과의 결합 및 고도로 집적된 지능 단말에 의해, 웨어러블 디바이스는 지능화된 개인 생활을 구축함과 동시에 지능화된 도시 나아가서는 지능화된 세계를 구축하고 있어, 인류의 생활 방식 및 소비 관념에 혁명적인 변혁을 가져오게 된다. 미래의 웨어러블 디바이스는 여러 종류가 있을 수 있지만, 센서 기술과 결합해 인체를 입력 및 출력의 방식으로 하고, 그 자체 또는 스마트폰 APP의 형태로 인터넷에 접속해 맨 머신 인터랙션을 실현한다.

나노 구조, 초박, 경량 및 유연성을 구비한 인체 피부에 가까운 전자 피부는 웨어러블 디바이스를 구축하는 제일 이상적인 재료이다. 최근 세계에서 인정하고 있는 학술 잡지 Nature에는 OFET 구조의 초박(2㎛)형의 전자 피부가 발표되어 있으며, 이는 새털보다 가볍고, 비비거나 신축 후에 여전히 사용 가능하다. 그러나 OFET의 캐리어의 유동성이 낮기 때문에, 이 전자 피부는 동작 전압이 높고, 소비 전력이 크고, 감도가 낮은 결함이 있다.

이외에, 통신기술의 빠른 발전과 컴퓨터 기술의 진보에 따라, 음성 인식은 주목받는 지능적인 맨 머신 인터랙션의 첨단기술로 되고 있으며, 이는 음성학, 발음 메카니즘, 마이크로일렉트로닉스 기술, 컴퓨터 정보처리 기술, 음성 신호 처리 기술, 회로와 시스템 및 센서 기술 등의 다양한 분야의 종합적 기술과 연관되어 있으며, 그 응용은 이미 경쟁력이 있는 첨단기술 산업으로 되고 있다.

지금까지 보고되어 있는 음성 인식 기술은 대체로 음성 모듈, 다량어휘 연속 음성 인식, 음향 모델 등의 방법에 의하는 것이 많다. 그러나 이런 전통적인 음성 인식 기술은 여러 가지 문제점을 가지고 있다. 예를 들면, 번잡한 환경, 억양 또는 사투리 등의 불명확한 발음, 동시에 여러 명이 발음하는 경우, 음성 입력 효과는 식별율이 낮고, 나아가서 식별할 수 없는 경우도 있다. 이런 문제가 존재하는 주요 원인은 전통적인 음성 수집 모듈은 공기 중의 전파 신호를 포착해 음성을 수집하여, 외부의 다른 음원의 간섭이 수집된 음성 데이터에 영향을 미치기 때문이다.

이외에, 맥박파로부터 인체의 생리 및 병리 정보를 추출하여 임상 진단 및 치료 근거로 하기 위하여, 예를 들면 휴대형의 전자 혈압계와 같은 여러 가지 맥박 감시 기기가 개발되어 맥박을 측정하고 있다. 그러나 이러한 휴대형의 전자 혈압계는 소형의 에어 펌프로 고무 에어백을 가압하여 측정할 때마다 1회의 가압과 감압의 과정이 필요하고 체적이 크고, 가감압중에 불편을 초래하고, 맥박 검출의 정밀도가 낮고, 맥파 전체의 파형을 표시할 수 없는 결함이 있다. 또한, 예를 들면 대형의 맥박 검출기(프랑스의 Complior 기기)의 경우 검출 결과가 정확하고, 중복성이 좋기는 하지만, 주로 대형의 치료와 유행 병학의 연구에 사용되고 있고, 고가격이기 때문에 가정 및 대중화의 휴대형 의료 서비스에는 적합하지 않다.

또한, 전자 피부는 감도가 매우 높은 전자기기로서, 다른 기술 분야에도 새로운 응용을 개발하여, 인류의 향상되는 생존 수요를 만족시켜야 한다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여, 최신 구조의 압전 저항형 전자 피부를 제공하여, 원가가 낮고, 구동 전압이 낮고, 감도가 높으며, 응답 시간이 빠르고, 안정성이 높은 장점을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 압전 저항형 전자 피부를 제공하였으며, 이는 적층된 복수의 플렉시블 기판을 포함하고, 인접하는 플렉시블 기판의 접촉 표면에 설치된 도전층을 포함하며, 적어도 하나의 상기 도전층의 접촉면은 비평면 구조이다. 압전 저항형 전자 피부는 상기 도전층에 전기적으로 접속된 도전극을 더 포함한다.

바람직하게는, 적어도 하나의 상기 플렉시블 기판은 폴리디메틸실록산 박막이고, 적어도 하나의 상기 플렉시블 기판의 재료는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐 플루오라이드(PVF), 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 나일론(Nylon), 폴리카보네이트(PC), 폴리우레탄(PU), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에틸렌테레프타레이트(PET, PETE) 또는 고분자 고무 재료에서 일종 또는 여러 종의 조합이다.

또한, 상기 플렉시블 기판이 폴리디메틸실록산 박막인 경우, 상기 폴리디메틸실록산 박막의 적어도 한면은 패턴을 구비하고, 상기 패턴의 사이즈는 0.1~500㎛이고, 단위 평방센티미터내에 상기 패턴의 수량은 1~10¹²이다.

바람직하게는, 상기 비평면 구조는 표면이 패턴화된 플렉시블 기판에 형성되어 있다. 상기 패턴은 상기 폴리디메틸실록산을 템플릿에 주입하여 고체화 시켜 형성된 것이다.

상기 템플릿은 미세 구조를 가진 실리콘 기판, 미세 구조를 가진 유리 기판, 미세 구조를 가진 금속 기판, 미세 구조를 가진 플라스틱 기판, 천, 실크 제품 또는 미세 구조를 가진 생물체의 기관 중의 임의의 하나이다.

또한, 상기 도전층의 표면에는 유기 고분자 재료가 접착되어 있다. 그 중, 상기 유기 고분자 재료는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐 플루오라이드(PVF), 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 나일론(Nylon), 폴리카보네이트(PC), 폴리우레탄(PU), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에틸렌테레프타레이트(PET, PETE), 폴리디메틸실록산（PDMS）또는 고분자 고무 재료 중의 일종 또는 여러 종의 조합이다.

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 압전 저항형 전자 피부의 제조 방법을 제공하였으며, 단계는 아래와 같다.

S1단계: 두개의 패턴화된 플렉시블 기판을 제조한다.

S2단계: 도전층 용액을 제조해 각각 두개의 플렉시블 기판의 패턴을 가지는 표면에 도포하여 도전층을 형성하고, 패턴을 가지는 도전층의 일측을 서로 면맞댐으로 조립하여, 도전층이 서로 접촉한 박막 기기를 형성한다.

S3단계: 도전재료를 사용하여 두개의 도전층상에 각각 상, 하 도전극을 형성시키고, 도전극으로부터 리드 선을 인출해 압전 저항형 전자 피부를 제조한다. 바람직하게는, 상기 도전층 용액이 카본나노튜브 용액이고, 상기 도전층은 카본나노튜브 박막이다.

종래 기술에 비해, 본 발명의 실시예는 아래와 같은 효과를 가진다. 압전 저항형 전자 피부는 카본나노튜브 박막을 도전층으로 사용하고, 플렉시블 기판의 재료로서 폴리디메틸실록산, 폴리에틸렌테레프타레이트, 폴리비닐 에틸 알코올, 폴리비닐 플루오라이드, 폴리에틸렌 등을 사용하여, 기판이 높은 유연성을 가지게 하며, 굴곡도 용이한 장점을 가진다. 또한, 그 동작 전압이 낮고, 소비 전력이 작고, 감도가 높고, 응답 시간이 짧다. 더 중요한 것은, 본 발명은 패턴화된 플렉시블 기판을 사용하여, 접촉 저항의 수량을 증가시켜 전자 피부의 외부 작용력에 대한 감도를 크게 향상시켰다. 동시에, 그 패턴화 과정에서 사용되는 템플릿은 그 어떤 복잡한 미세 가공을 필요로 하지 않고, 간단하게 얻을 수 있는 가격이 저렴한 천 또는 실크 등의 부드러운 템플릿이여서, 기술 방안의 실용성을 향상시켰고, 재료 자원을 절약하여 압전 저항형 전자 피부의 원가를 낮추었다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 정전 용량형 전자 피부 및 그 제조 방법을 제공하였으며, 이는 종래기술의 동작 전압이 높고, 소비전력이 크고, 감도가 낮은 문제점을 해결할 수 있다.

상기 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 아래와 같은 기술방안을 제공한다.

본 발명은 정전 용량형 전자 피부를 공개하였으며, 이는 유연한 민감층을 포함하고, 상기 민감층의 상면과 하면의 적어도 한면은 비평면 구조이고, 상기 민감층의 상면과 하면에 각각 상 전극층 및 하 전극층이 형성되어 있다. 바람직하게는, 상기 상 전극층의 상면과 하면의 적어도 한면은 비평면 구조이고, 및/또는 상기 하 전극층의 상면과 하면의 적어도 한면은 비평면 구조이다.

또한, 상기 민감층의 적어도 한면에 패턴을 가지고, 상기 패턴은 폴리디메틸실록산을 템플릿에 주입해 제조된다.

바람직하게는, 상기 민감층의 재질은 폴리디메틸실록산(PDMS)이고, 두께가 2~50㎛이다. 또한, 상기 민감층의 재질은 고분자 재료이고, 상기 고분자 재료는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐 플루오라이드(PVF), 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 나일론(Nylon), 폴리카보네이트(PC), 폴리우레탄(PU), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에틸렌테레프타레이트(PET, PETE) 또는 고분자 고무 재료 중의 일종 또는 여러 종의 조합으로부터 선택된다.

본 발명은 정전 용량형 전자 피부의 제조 방법을 공개하였으며, 이는 아래의 단계를 포함한다.

S1단계: 비평면 구조를 형성할 수 있는 템플릿을 제조한다.

S2단계: 템플릿의 표면에 한층의 유기물 분자층을 형성한다.

S3단계: 유기물 분자층상에 민감층을 형성한다.

S4단계: 열처리 하여 고체화 후의 민감층을 템플릿으로부터 벗겨낸다.

S5단계: 민감층의 상면과 하면에 각각 상 전극층 및 하 전극층을 형성한다.

종래 기술에 비해, 본 발명은 아래와 같은 장점을 가진다. 본 발명의 정전 용량형 전자 피부는 신형의 마이크로나노 센서 기술과 융합하여, 무독이면서 생물적 적합성이 좋은 초박형의 탄성 박막 재료를 사용하기 때문에, 인체 피부와 어울려 일체가 되고, 유저에게 매우 좋은 체험감을 줄 수 있는 웨어러블 디바이스를 구축할 수 있다. 동시에 민감 재료의 독특한 나노 구조에 의해, 기기의 감도가 더 높아지고, 안정성이 더 좋아지며, 기기 전체가 소형화되어 휴대가 간편하다.

본 발명의 정전 용량형 전자 피부는 캐리어의 유동성이 낮은 문제를 피하여, 동작 전압이 낮고(통상은 2V), 소비 전력도 작고, 동시에 독특한 미세 구조를 가지므로 기기의 감도가 매우 높다.

본 발명은 또 압전 저항형 전자 피부와 정전 용량형 전자 피부를 공개하였으며, 각각 인체 맥박의 박동, 심장의 박동, 장력의 검출, 호흡, 안구 압력, 후부근육군의 진동, 음성 인식, 운동에 의한 신체의 근육과 표피의 운동, 혈압, 의료용 로보트, 내시경 로보트 시스템, 외과 수술 로보트암의 인체 기관에 대한 접촉감 및 보호에 응용된다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 압전 저항형 전자 피부 또는 정전 용량형 전자 피부에 의한 음성 인식 시스템과 방법을 제공하여, 종래 기술의 음성 입력 효과가 나쁘고, 식별율이 높지 않은 문제점을 해결할 수 있다.

상기 목적을 실현하기 위해서 본 발명은 아래의 기술방안을 제공한다.

본 발명은 음성 인식 시스템을 공개하였으며, 이는 압전 저항형 전자 피부, 데이터 처리 모듈, 표시 모듈을 포함한다.

상기 압전 저항형 전자 피부는 적층된 복수의 플렉시블 기판; 적어도 하나의 도전층의 접촉면은 비평면구조이고, 인접하는 플렉시블 기판의 접촉 표면에 설치된 도전층; 상기 도전층에 전기적으로 접속된 도전극; 을 포함한다.

데이터 처리 모듈은 상기 압전 저항형 전자 피부로부터의 신호를 수신하고, 처리 후의 신호를 표시 모듈에 송신한다.

표시 모듈은 데이터 처리 모듈로부터의 신호를 수신 및 표시한다.

본 발명은 음성 인식 시스템을 더 공개하였으며, 이는 정전 용량형 전자 피부, 데이터 처리 모듈, 표시 모듈을 포함한다.

상기 정전 용량형 전자 피부는 유연한 민감층을 포함하고, 상기 민감층의 상면과 하면은 적어도 하나가 비평면 구조이고, 상기 민감층의 상면과 하면에 각각 상 전극층과 하 전극층이 형성되어 있다.

데이터 처리 모듈은 상기 정전 용량형 전자 피부로부터의 신호를 수신하고, 처리 후의 신호를 표시 모듈에 송신한다.

또한, 본 발명은 음성 인식 방법을 공개하였으며, 이는 상기 압전 저항형 전자 피부를 사용하여 성대의 진동 신호를 수집, 또는 상기 정전 용량형 전자 피부를 사용하여 성대의 진동 신호를 수집하고;

수집된 진동 신호를 필터링, 증폭, 특성 신호를 추출하고;

타임 도메인 해석법 또는 주파수 도메인 해석법으로 특성 신호에 대해 인식 분석을 실시하고, 인식 결과를 표시 모듈을 통해 표시한다

본 발명의 또 하나의 목적은 압전 저항형 전자 피부 또는 정전 용량형 전자 피부에 의한 맥박 검출 시스템 및 방법을 제공하여, 종래 기술의 기기의 부피가 크고, 소비 전력이 높고, 정밀도가 낮고, 비용이 비싸며, 맥파의 완전한 파형을 표시할 수 없는 등의 문제점을 해결한다.

상기 기술문제를 해결하기 위해서, 본 발명은 아래의 기술방안을 제공한다.

본 발명은 맥박 검출 시스템을 공개하였으며, 이는 상기 임의의 한항에 의한 압전 저항형 전자 피부 또는 상기 임의의 한항에 의한 정전 용량형 저항 피부를 포함한다. 이는 또 필터 회로, 증폭 회로, 표시 장치를 더 포함한다.

필터 회로: 상기 압전 저항형 또는 정전 용량형 전자 피부로부터의 신호를 필터링 해 유효한 맥박 신호를 얻는다.

증폭 회로: 상기 유효한 맥박 신호를 증폭한 후 A/D변환 회로에 송신한다.

표시 장치: A/D변환 회로로부터의 신호를 수신 및 표시한다.

바람직하게는, 상기 A/D변환 회로는 블루투스 방식, Zigbee 방식 또는 Wifi 방식에 의해 표시 장치와 통신하고 있다.

또한, 본 발명은 맥박 검출 방법을 공개하였으며, 이는 상기 압전 저항형 전자 피부 또는 정전 용량형 저항 피부를 사용하여 맥박 신호를 수집하고; 수집된 맥박 신호를 필터링 해 유효한 맥박 신호를 얻고; 상기 유효한 맥박 신호를 증폭해 A/D변환 회로에 송신하고; 표시 장치에 의해, A/D변환 회로로부터의 신호를 표시한다.

종래 기술에 비해, 본 발명은 아래와 같은 장점을 가진다.

본 발명의 압전 저항형 전자 피부 또는 정전 용량형 전자 피부는 신형의 마이크로나노 센서 기술과 융합하여, 무독이면서 생물적 적합성이 좋은 초박형의 탄성 박막 재료를 사용하기 때문에, 인체 피부와 어울려 일체가 되고, 유저에게 매우 좋은 체험감을 줄 수 있는 웨어러블 디바이스를 구축할 수 있다. 또한 민감 재료의 독특한 나노 구조에 의해, 기기의 감도가 더 높아지고 안정성이 더 좋아지며, 기기 전체가 소형화되어 휴대가 간편하고 비용도 낮다. 상기 압전 저항형 전자 피부 또는 정전 용량형 전자 피부에 의한 음성 인식 시스템 및 인식 방법은, 종래 기술의 음성 검출 효과가 나쁘고, 식별율이 낮은 문제점을 해결하였고, 동시에 인식 가능하고, 식별율이 높고, 체적이 작고, 휴대가 간편한 등의 장점을 가진다. 또한, 상기 압전 저항형 전자 피부 또는 정전 용량형 전자 피부에 의한 맥박 검출 시스템 및 검출 방법은, 종래 기술의 체적이 크고, 가감 가압중에 불편을 느끼고, 맥박 검출의 정밀도가 낮고, 맥파의 완전한 파형을 표시할 수 없고, 비용이 높은 문제점을 해결하였으며, 감도가 높고, 안정성이 좋고, 소비 전력이 낮고, 기기가 소형이어서 휴대가 간편한 등의 장점을 가진다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 압전 저항형 전자 피부의 구성도;
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 전자 피부의 제조 방법에 대한 흐름도;
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 미세 패턴을 가지는 폴리디메틸실록산 박막의 SEM도;
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 단층 카본나노튜브 박막의 SEM도;
도 5는 본 발명의 실시 예에 의한 전자 피부를 사용하여 압력과 저항의 변화를 나타내는 도면;
도 6은 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 정전 용량형 전자 피부의 단면도;
도 7은 본 발명의 구체적인 실시예에 의한 실리콘 템플릿의 SEM도;
도 8은 도 7의 템플릿으로 제작된 PDMS 플렉시블 박막의 SEM도;
도 9는 본 발명의 구체적인 실시예에서 정전 용량형 전자 피부의 작용력에 대한 응답도;
도 10은 본 발명의 구체적인 실시예에서 음성 인식 시스템의 설명도;
도 11은 본 발명의 구체적인 실시예에서 정전 용량형 전자 피부를 사용하여 음성 인식한 검사 결과를 나타내는 도면;
도 12는 본 발명의 구체적인 실시예에서 맥박 검출 시스템에 대한 설명도;
도 13은 본 발명의 구체적인 실시예에서 압전 저항형 전자 피부를 사용하여 측정된 팔부 맥박 파형도;
도 14는 본 발명의 구체적인 실시예에서 압전 저항형 전자 피부를 사용하여 측정된 단일 맥박 파형도;
도 15는 본 발명의 구체적인 실시예에서 압전 저항형 전자 피부를 사용하여 음성 인식한 제1의 검측도;
도 16은 본 발명의 구체적인 실시예에서 압전 저항형 전자 피부를 사용하여 음성 인식한 제2의 검측도;
도 17은 본 발명의 구체적인 실시예에서 정전 용량형 전자 피부가 외부 장력에 대해 검출을 진행한 응답도;
도 18은 본 발명의 구체적인 실시예에서 압전 저항형 전자 피부가 내시경 의료 시스템에 응용되었을 경우의 작용력에 대한 신호획득도.

이하, 구체적인 실시예는 첨부된 도면과 함께 본 발명의 기술방안에 대해 더욱 상세히 설명한다.

실시예 1

본 실시예는 압전 저항형 전자 피부에 대한 것이며, 이는 적층된 복수의 플렉시블 기판; 적어도 하나의 도전층의 접촉면은 비평면 구조이고, 인접하는 플렉시블 기판의 접촉 표면에 설치된 도전층; 상기 도전층에 전기적으로 접속된 도전극;을 포함한다.

바람직한 실시예로서 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 전자 피부는 두개의 플렉시블 기판(11, 12)을 포함한다.

두개의 도전층(21, 22)은 각각 두개의 플렉시블 기판(11, 12)상에 도포되어 있고, 두개의 도전층(21, 22)은 서로 접속된다. 두개의 도전극(31, 32)은 각각 두개의 도전층(21, 22)과 접속된다.

구체적으로 실시할 때, 각 상기 플렉시블 기판은 여러 종류의 다른 재료로 제작될 수 있다.

일종의 실현 가능한 방식에 있어서, 적어도 하나의 상기 플렉시블 기판은 폴리디메틸실록산 박막이고, 상기 폴리디메틸실록산 박막의 적어도 일면은 마이크로나노 패턴을 가지고, 상기 패턴의 사이즈는 0.1~500㎛이며, 단위 평방센티미터내의 상기 패턴 수량은 1~10¹²사이이다. 다른 실현 가능한 방식에 있어서, 적어도 하나의 상기 플렉시블 기판의 재료는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐 플루오라이드(PVF), 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 나일론(Nylon), 폴리카보네이트(PC), 폴리우레탄(PU), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에틸렌 테레프타레이트(PET, PETE) 또는 고분자 고무 재료중의 일종 또는 여러 종의 조합이다.

본 실시예에 있어서, 상기 패턴은 상기 폴리디메틸실록산을 템플릿에 주입해 고체화 하는 것으로 형성됨이 바람직하다. 구체적으로, 예를 들면, 진공중에서 1~30분간 가스 제거 후, 템플릿에 주입해 제작된다. 상기 템플릿은 미세 구조를 가진 실리콘 기판, 미세 구조를 가진 유리 기판, 미세 구조를 가진 금속 기판, 미세 구조를 가진 플라스틱 기판, 천, 실크 제품 또는 미세 구조를 가진 생물체의 기관중의 임의의 하나인 것이 바람직하다. 구체적으로 실시 할 때, 입수하기 쉬운 재료를 사용해 상기 템플릿을 실현하므로, 압전 저항형 전자 피부의 실용성을 효율적으로 향상할 수 있고, 압전 저항형 전자 피부의 원가도 많이 절감 할 수 있다.

상기 도전층(21, 22)은 카본나노튜브 박막을 포함하고, 상기 카본나노튜브 박막은 주로 카본나노튜브가 서로 교차한 네트워크로 구성되었다. 상기 카본나노튜브 박막의 광투과율은 50%~97%이고, 시트 저항이 10²~10⁷Ω/sq이다. 상기 카본나노튜브 박막의 두께는 통상 10nm~500nm정도이고, 단층 카본나노튜브, 두층 카본나노튜브및 다수층 카본나노튜브중의 일종 또는 여러종이 복합해 형성된다. 그 중, 상기 단층 카본나노튜브는 금속성의 단층 카본나노튜브, 반도체성의 카본나노튜브또는 금속성 및 반도체성을 동시에 함유한 카본나노튜브의 혼합 단층 카본나노튜브이다.

상기 카본나노튜브 박막은 질소 또는 붕소, 귀금속, 금속, 표면 활성제 및 유기 고분자 화합물 등이 도핑 또는 수식된 카본나노튜브 박막일 수 있다. 상기 카본나노튜브는 히드록실기(-OH), 카르복실기(-COOH), 아미노기(-NH2)에 의해 기능화된 카본나노튜브, 고분자 중합체에 의해 기능화된 카본나노튜브, 금속 나노 입자에 의해 기능화된 카본나노튜브, 금속 산화물에 의해 기능화된 카본나노튜브 및 생물 분자에 의해 기능화된 카본나노튜브일 수 있다.

상기 도전층(21, 22)은 동, 은과 금 중의 임의 도전 금속 또는 반도체 재료의 일종 또는 2종이상의 조합일 수 있다.

상기 도전층의 표면에는 유기 고분자 재료가 접착되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 플렉시블 기판의 재료와 비교를 하면, 상기 유기 고분자 재료는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐 플루오라이드(PVF), 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 나일론(Nylon), 폴리카보네이트(PC), 폴리우레탄(PU), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에틸렌 테레프타레이트(PET, PETE), PDMS 또는 고분자 고무 재료 중의 일종 또는 여러 종의 조합인 것이 바람직하다. 그중에서, 상기 고분자 고무 재료는 부틸 고무, 시스폴리부타디엔 고무, 클로로프렌 고무, 에틸렌프로필렌디엔 고무, 아크릴 고무, 우레탄 고무가 포함될 수 있으나 이에 국한되지 않는다. 본 실시예에서, 서로 다른 재료를 선택해 도전층의 표면에 접착하는 것에 의해 도전층의 감도 및 안정성을 향상시킬 수 있다.

바람직하게는, 본 발명의 실시예에서 도 1에 도시된 바와 같이, 도전 박막층(21, 22) 중간에 한층의 PVDF 압전 재료(PVDF 에 국한하지 않음) 를 추가할 수 있으며, 이는 기기의 감도 및 안정성을 향상시킬 수 있다.

구체적으로 도 1의 실시예를 참조하면 도전극(31)은 도전층( 21)과 접속되고 있지만 도전층 (22)과는 접속되어 있지 않고, 도전층 (32)는 도전층 (22)과 접속되고 있지만 도전층(21)과는 접속되어 있지 않으며, 마이크로 나노 패턴을 가진 카본 튜브 박막은 각각 그 중의 하나의 도전극과 접속된다. 또한, 상기 도전극 (31, 32)은 금, 플라티늄, 니켈, 은, 인듐, 동, 카본나노튜브 및 그래핀 중의 임의의 일종 재료 또는 두가지 이상의 재료의 조합으로 제조되었다.

본 실시예에 있어서, 두층의 패턴화 도전 박막의 접합방식 즉 기기의 패키징 방식은 기기의 안정성에 크게 영향을 준다. 그 중, 패키징 방식은 두층의 박막을 바깥 주위로부터 접착하는 방식이 바람직하고, 최종적으로 견고한 유사 단층 구조를 형성한다.

실시예 2

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은, 압전 저항형 전자 피부의 제조 방법을 제공한다. 단계는 아래와 같다.

단계 S1은 두개의 패턴화된 플렉시블 기판을 제조하며, 그중 적어도 한층은 폴리디메틸실록산 박막이다.

단계 S1에서, 상기 폴리디메틸실록산 박막은 아래의 방법을 통해 제조되었으며, 단계S11 과 단계S12를 포함한다.

단계 S11은, 폴리디메틸실록산을 진공중에서 1~30분간 가스 제거 후, 패턴이 형성되어 있는 템플릿에 주입하며, 폴리디메틸실록산의 두께가 0.1~3mm사이이고, 50~100℃의 온도로 0.5시간 이상 가열해 고체화 성형된다.

단계 S12은, 고체화 성형된 폴리디메틸실록산을 유기용제에 넣어 5~30분간 초음파 처리한 후 템플릿으로부터 떼어 낸다.

구체적으로 실시할 때, 상기 템플릿은 미세 구조를 가진 실리콘 기판, 유리 기판, 금속 기판, 플라스틱 기판, 천, 실크 제품 또는 미세 구조를 가진 생물체의 기관일 수 있다. 상기 유기용제는 메탄올, 에틸 알코올, 또는 에틸렌 글리콜일 수 있다. 제조된 폴리디메틸실록산 박막은 한면 또는 양면을 산소 가스등의 이온 조건에서 방치하며, 1~60분간 작용시킨다. 상기 폴리디메틸실록산 박막은 고분자 재료여도 되고, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐 플루오라이드(PVF), 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 나일론(Nylon), 폴리카보네이트(PC), 폴리우레탄(PU), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에틸렌 테레프타레이트(PET, PETE), PDMS 또는 고분자 고무 재료 중의 일종 또는 여러 종의 조합으로부터 선택할 수 있지만, 이에 국한되지 않는다. 그 중, 상기 고분자 고무 재료는 부틸 고무, 시스폴리부타디엔 고무, 클로로프렌 고무, 에틸렌프로필렌디엔 고무, 아크릴 고무, 우레탄 고무를 포함할 수 있지만, 이에 국한되지 않는다.

본 실시예에서, 상기 미세 구조의 밀도는(X×Y) lines/cm²이고, 그 중1＜X＜10⁶, 1＜X＜10⁶이다. 여기서 미세 구조의 밀도란 단위 평방센티미터의 밀도를 가리킨다. 고밀도 구조는 44×77 lines/cm²를 초과한 밀도 구조이고, 저밀도 구조란 27×38 lines/cm² 미만의 밀도 구조이다. 본 실시예에서는 밀도가 44×77 lines/cm²인 것이 바람직하고, 이론상 밀도가 클수록 감도가 높다.

본 실시예에서, 미세 구조를 사용하는 것에 의해 압전 저항형 전자 피부는 보다 뛰어난 성능 출력을 가지게 되고, 감도가 1.8KPa－1에까지 도달하고, 검출 하한이 0.6 Pa에까지 도달하며 응답 시간이 10ms에까지 도달할 수가 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제조된 마이크로나노 패턴을 가지는 폴리디메틸실록산 박막의 전자현미경(SEM) 사진이고, 폴리디메틸실록산 박막에 주기적인 미세 구조를 가진 패턴이 구축되어 있는 것을 설명한다.

단계 S2는 도전층 용액을 제조한다. 상기 도전층 용액은 카본나노튜브 용액인 것이 바람직하고, 상기 도전층은 카본나노튜브 박막인 것이 바람직하다. 그리고 각각 두개의 플렉시블 기판의 패턴을 가진 표면에 도포해 카본나노튜브 박막을 형성하고, 카본나노튜브 박막의 패턴을 가진 일측면을 면맞댐으로 조립하여 카본나노튜브 박막이 서로 접속되는 박막 기기를 형성한다.

상기 S2단계는 구체적으로 S21단계~ S23 단계를 포함할 수 있다.

단계 S21은, 단층 및/또는 두층, 소수층, 여러층의 카본나노튜브를 1wt%~10wt%의 표면 활성제의 수용액에 카본나노튜브의 농도가 0.01~50mg/ml가 될 때까지 첨가한 후, 해당 혼합 용액을 1min~10h 초음파 예비분산하여, 카본나노튜브 분산액을 형성한다. 본 실시예에서, 상기 표면 활성제는 상용의 이온형 또는 비이온형의 표면 활성제를 사용할 수 있으며, 이온형의 표면 활성제를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 소듐 도데실 설페이트와 소듐 도데실벤젠 설폰산염등을 사용하는 것이 더욱 바람직하지만 이에 국한되지 않으며, 그 농도는 바람직하게 1~10wt%이다.

단계 S22는, 해당 카본나노튜브 분산액을 1000~20000rpm의 속도로 0.1h이상 원심 분리 처리하고, 상청액을 막 형성전 용액으로 취한다.

단계 S23은, 탈이온수로 막 형성전 용액을 1~100배 희석한후 희석된 카본나노튜브 용액을 스프레이를 사용하여 두개의 플렉시블 기판의 패턴이 있는 표면에 골고루 스프레이하여, 카본나노튜브 박막을 형성한 후, 카본나노튜브 박막의 패턴을 가진 일측면을 면맞댐으로 조립하여 카본나노튜브 박막이 서로 접속되는 박막 기기를 형성한다. 여기서 상기 카본나노튜브 박막의 두께와 도전율은 포함된 카본나노튜브의 양과 스프레이한 시간에 의해 결정된다. 카본나노튜브의 양이 많고 스프레이 시간이 길 수록 그 강도는 더욱 크고 도전성도 더욱 뛰어나다. 본 실시예에서, 상기 성막 공정은 진공 여과 또는 스핀 코팅, 스프레이, 인쇄등의 상용의 성막 방식을 사용할 수 있다. 예를 들면, 스프레이 성막 방법을 사용할 경우, 희석 후의 카본나노튜브 분산액을 스프레이를 사용해 0.1~1psi의 압력으로 패턴이 있는 폴리디메틸실록산 박막상에 스프레이 한 후, 박막을 가열로에 넣고 80~120℃까지 가열하여 수분 증발을 촉진 시킨 후, 탈이온수로 카본나노튜브 박막의 잔류 표면 활성제를 수세하여 패턴이 있는 폴리디메틸실록산 박막을 부착한 카본나노튜브 박막을 제조할 수 있다. 인쇄, 도포등의 성막 방법을 사용할 경우, 희석 후의 카본나노튜브 분산액을 스핀 코팅, 스프레이 등의 방식을 사용하여 유리, 운모, 실리콘 시트등의 평평한 표면을 가진 재료에 성막 한다. 해당 기반을 제거하는 좋은 방법은, 물 또는 산, 알칼리, 염 등을 함유하는 수용액을 사용하여 카본나노튜브 박막이 기반에서 탈락할 때까지 담그며, 그 후에 상기 카본나노튜브 박막을 패턴화된 폴리디메틸실록산 박막상에 이전한다.

이외에, 상기 S23단계에서, 박막 기기 조립전에 위 탈이온수를 사용해 상기 표면에 카본나노튜브 박막을 여러 차례 담그어, 표면 활성제를 제거하기 위한 것이며, 건조시킨 후 3~8M농도의 강산으로 상기 카본나노튜브 박막을 0.1~24h처리한다. 본 실시예에서, 강산은 질산, 염산 중의 임의의 일종 또는 혼합일 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 단층 카본나노튜브가 폴리디메틸실록산 박막상에 접착되었을 때의 SEM 사진이고, 단층 카본나노튜브가 서로 교차하고 있고 폴리디메틸실록산 박막의 표면에 매우 잘 접착되어 있음을 설명한다.

단계 S3은, 도전재료를 사용하여 두개의 카본나노튜브 박막상에 각각 상, 하 도전극를 형성하고, 도전극으로부터 리드 선을 인출하여 압전 저항형 전자 피부를 얻는다.

단계 S3에서, 도전재료는 전극으로서 통상 은페이스트 또는 은 콜로이드(silver colloid)이다. 또 증착 또는 이온 스퍼터링등의 방법에 의해 형성된 기체 전극일 수 있으며, 예를 들면 금, 은, 동, 알루미늄 등이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 1V의 동작 전압 및 공기 분위기하에, 측정한 저항형 센서의 저항값은 110~120kΩ이고, 30초, 60초, 90초의 시점에서 각각 60Pa, 120Pa, 180Pa의 압력을 가한 후 저항값은 신속하게 내려갔다. 예를 들면 60Pa의 압력을 가한 후 저항값은 신속하게 95~105kΩ까지 내려갔으며, 상기 저항형 센서는 고감도 및 매우 짧은 응답 시간을 갖는 것을 설명한다.

종래 기술에 비교하면, 본발명의 효과는 아래와 같다. 압전 저항형 전자 피부는 카본나노튜브 박막을 사용하여 도전층으로 하고, 폴리디메틸실록산, 폴리에틸렌 테레프타레이트, 폴리비닐 에틸 알코올, 폴리비닐 플루오라이드, 폴리에틸렌 등 재질을 플렉시블 기판으로 하여, 기판이 고유연성을 가져 만곡하기 쉬운 등의 장점을 가지며, 동작 전압이 낮고, 소비 전력이 적고, 감도가 높고, 응답 시간이 짧다. 더 중요한 것은, 본 발명에서 패턴화된 플렉시블 기판을 사용하여, 접촉 저항의 수량이 많아져 전자 피부의 외부 작용력에 대한 감도를 대폭 향상시켰다. 동시에, 그 패턴화과정에서 사용되는 템플릿은 어떠한 복잡한 미세 가공도 필요로 하지 않고 간단하게 입수할 수 있는 저가격의 천 또는 실크 등의 부드러운 템플릿이여서, 압전 저항형 전자 피부의 실용성을 효율적으로 향상시켰으며, 압전 저항형 전자 피부의 원가도 대폭 절감하였다.

실시예 3

도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 정전 용량형 전자 피부를 제공한다.

구체적으로, 본 실시예에서 정전 용량형 전자 피부는, 플렉시블 지지층(1); 지지층(1)의 상면에 형성된 플렉시블 민감층(2); 민감층(2)의 상면과 지지층(1)의 하면에 각각 형성된 상 전극층(3) 및 하 전극층(4)를 포함한다. 상기 상 전극층(3) 및 하 전극층(4)의 전극은 증착 방식, 스퍼터링 방식, 또는 화학 증착 방식에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

민감층(2)의 재료는 PDMS(폴리디메틸실록산)가 바람직하지만, 민감층(2)의 재료는 기타 고분자 재료일 수 있으며, 예를 들면, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐 플루오라이드(PVF), 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 나일론(Nylon), 폴리카보네이트(PC), 폴리우레탄(PU), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에틸렌 테레프타레이트(PET, PETE) 또는 고분자 고무 재료 중의 일종 또는 여러 종의 조합이다.

상기 민감층(2)의 상면과 하면에는 적어도 하나는 비평면 구조이다. 또한, 상기 상 전극층(3)의 상면과 하면에는 적어도 하나는 비평면 구조이고, 및/또는 상기 하 전극층 (4)의 상표면과 하표면에는 적어도 하나가 비평면 구조이다.

바람직하게는, 민감층(2)의 상면이 비평면 구조이고, 여러 개의 돌출된 멀티 콘(21)이고, 각 다각 멀티 콘(21)의 저면은 10㎛×10㎛의 정방형이고, 측면과 저면의 각은 54.7°이고, 다각 멀티 콘의 높이는 7.06㎛이다.

다른 실시예에서, 민감층(2)의 상표면의 형상은 물결모양 등 기타 비평면 구조일 수도 있다.

물론, 민감층(2)의 하표면은 비평면 형상으로 설치될 수도 있으며, 이 경우, 민감층(2)의 하표면에는 전극층을 마련할 필요가 있다.

구체적으로 실시할 때, 상기 민감층(2)의 적어도 한면은 패턴을 가지고, 상기 패턴은 폴리디메틸실록산을 템플릿에 주입해 제조된다. 상기 템플릿은, 미세 구조를 가진 실리콘 기판, 미세 구조를 가진 유리 기판, 미세 구조를 가진 금속 기판, 미세 구조를 가진 플라스틱 기판, 천, 실크 제품 또는 미세 구조를 가진 생물체의 기관 중의 임의의 하나이다.

지지층(1)은 바람직하게는 고투명, 고유연성의 초박형 PE(폴리에틸렌) 박막이고, 그 두께는 바람직하게는 12㎛이다.

PE박막의 작용은 실리콘웨이퍼 표면의 패턴화된 PDMS막과 템플릿이 완전하고용이하게 분리되도록 도우는 것이며, 동시에 기판으로서 PDMS막을 지지한다. 이외에, 상기 지지층의 재료는 고투명 및 고유연성의 폴리염화비닐(PVC) 박막, 폴리 염화 비닐리덴(PVDC) 박막 중의 일종 또는 여러 종의 조합으로부터 선택할 수 있다.

상 전극층(3)과 하 전극층(4)의 재료는 금, 플라티늄, 니켈, 은, 인듐, 동, 카본나노튜브, 그래핀, 은나노 와이어 중의 일종 또는 여러 종의 조합으로부터 선택된다.

상술의 전자 피부에 있어서, 지지층(1)과 민감층(2)의 전체의 두께는 70㎛보다 작으며, 해당 초박형 전자 피부는 인체 피부와 같은 유연도를 가지고 매우 가벼우며 인체 피부에 직접 점착할 수 있다. 동시에, 착용도 가능하다.

실시예 4

본 발명의 실시예는 정전 용량형 전자 피부의 제조 방법을 제공한다.

단계 S1에서, 비평면 구조를 형성할 수 있는 템플릿을 제조한다.

본 실시예에서, MEMS 가공 제조 기술의 포토 에칭, 에칭등의 방법을 사용해 미세 구조를 가진 템플릿을 제조한다(4인치의 실리콘웨이퍼가 바람직하다). 우선, 실리콘웨이퍼의 표면에 대해 세정 처리를 실시한 후, 포토레지스트를 스핀 코팅 하고, 전 베이킹, 포토 에칭, 현상, 후 베이킹 하고, 마지막에 에칭을 사용해 도형을 실리콘웨이퍼에 이전하여, 미세 구조를 가진 템플릿을 얻는다. 이하에, 구체적인 제조 방법에 대해 설명한다.

1. 판 제작

설계 및 논증을 한 후, 드로잉 소프트웨어를 이용해 도면을 작성한다. 단순히 패턴의 폭과 높이를 증가해도 기기의 감도 향상에 유리하지만, 종합적으로 고려하면 미세 패턴은 바람직하게는 피라미드 구조이며, 저면은 10㎛×10㎛의 정방형이고, 측면과 저면의 각은 54.7°이고, 맨 위로부터 저면까지의 거리는 7.06㎛이다. 도면의 사이즈에 따라서 덮개 모듈을 제작한다.

2. 4인치의 실리콘웨이퍼를 준비

실리콘웨이퍼는 4인치의 단면을 사용하여 폴리싱하고, 단면 300nm는 SiO2층 실리콘웨이퍼를 열산화되고, MOS급의 아세톤, 탈이온수로 각각 15분간 초음파 처리한 후, MOS급의 에틸 알코올로 10분간 초음파 처리한 후 블로우 건조시키고, 다음에 105℃로 10분간 드라잉 시킨다.

3. 포토레지스트 패터닝

a. 스핀 코팅

준비된 4인치의 실리콘웨이퍼의 표면에 6~7um의 포토레지스트를 스핀 코팅 한다. 바람직하게는 AZ4620를 사용하며, 500rpm의 속도로 6s간 예비 회전시킨 후 400rpm의 속도로 30s간 스핀 코팅 시킨다.

b. 전 베이킹

95°의 조건으로 210초간 전 베이킹 한다.

c. 노광

MA6접촉형의 마스크얼라이너를 사용하여, 저 진공 모드로 24s간 노광시킨다.

d. 현상

사용되는 현상액의 배합비는 수산화테트라메틸암모늄：탈이온수=1：8이고 현상 시간이 95s이다.

e. 후 베이킹

95°의 조건으로 180초간 후 베이킹 한다.

4. 실리콘웨이퍼로 패터닝 이전

a. 레지스터 제거

플라스마스트리퍼를 사용해 현상 후에 잔류한 포토레지스트막을 제거한다.

b. 드라이 에칭

반응성이온식각(RIE)을 사용해 도형화된 SiO₂층을 제거하며, 시간은 6분이다.

c. 습식 지향성 에칭

30%의 KOH 용액을 사용해 78℃의 조건으로 9분간 에칭 해 최종적으로 실리콘웨이퍼의 표면에 역사각형 콘 구조를 형성한다(도 7 참조).

단계 S2에서, 템플릿의 표면에 한층의 유기물 분자층을 형성한다.

실리콘웨이퍼의 표면의 PDMS막과 템플릿을 완전하고 용이하게 분리시키기 위해서, 템플릿의 표면에 한층의 얇은 유기물(트리메틸 클로로실란 또는Perfluorooctyl trichlorosilane) 분자층을 가공 처리(예를 들면, 기상 증착 또는 훈증 코팅)한다.

단계 S3에서, 유기물 분자층상에 민감층을 형성한다.

다음, 유기물 분자층상에 투명의 액체 고분자 집합체(예를 들면 폴리디메틸실록산, 바람직하게는 개시제와 반응제와의 배합 질량비가 1：10)를 스핀 코팅(바람직하게는 속도가 3000r/min, 시간 30s) 하고 균일하게 하여 한층의 매우 얇은(바람직한 두께가 50㎛) 박막을 형성한다.

바람직한 실시예로서 선택적으로 상기 단계 S3후, 상기 민감층상에 한층의 지지층을 형성한 후, 상기 지지층의 하면에 상기 하 전극판을 제조할 수도 있다. 그리고, 상기 박막 표면에 심리스 및 기포가 없게(기포, 갭이 있는 경우도 포함한다) 한층의 고투명 및 고유연성의 초박형의 PE(폴리에틸렌) 박막(두께가 12㎛인 것이 바람직하다)을 형성한다.

단계 S4에서, 열처리하여 고체화한 후의 민감층 및 지지층을 템플릿으로부터 벗겨낸다.

진공 환경에서 일정시간(바람직하게는, 2~3h) 가열(온도 65~75℃가 바람직하다) 처리 후, 상기 액체 고분자 집합체 PDMS 박막이 완전하게 고체화될 때까지 기다린다. 지지층이 존재하는 경우 해당 지지층은 PE막과 함께 완전하게 용해돼 일체화된다. 다음, 고체화된 고분자 집합체 박막을 실리콘웨이퍼의 표면으로부터 벗겨내는 것에 의해, 실리콘웨이퍼 템플릿상의 미세 도형이 PDMS 플렉시블 박막에 카피되어 피라미드형의 미세 구조를 가진 박막을 제조한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 해당 박막 전체의 두께＜70㎛이다.

단계 S5에서, 민감층의 상표면과 하표면에 각각 상 전극층 및 하 전극층을 형성한다.

박막의 상, 하표면에 각각 한층의 초박형의 나노 도전막(본 발명에 있어서, 99. 9999%순도의 Au과립을 사용하고 Au도전막을 증착 하는 두께가 100nm인 것이 바람직하다)을 균일하게 도포(예를 들면, 증발, 화학 증착, 본 발명에서는 증발이 바람직하다)하고, 이때 여러 개의 민감 스폿을 가지는 초박형의 플렉시블 도전 전자 피부가 형성된다.

다음, 초박형의 플렉시블 도전 전자 피부의 상, 하면의 Au 나노 도전층으로부터 각각 한 갈래의 플렉시블 전극(예를 들면, 직경이 0.1mm의 에나멜 와이어, 20㎛두께 및 감압 접착제를 가진 평평한 동박 테이프, 초박형(10㎛두께)의 플렉시블 동박, 본 발명에서는 초박형의 플렉시블 동박이 바람직하다)을 인출 한다(예를 들면, 압접, 용접 등 본 발명에서는 압접이 바람직하다).

마지막으로, 한층의 PDMS를 스핀 코팅(5000r/min의 속도, 30s의 시간이 바람직하다) 하고, 균일하게 한층의 매우 얇은(두께＜10㎛) Au도전층의 보호층을 형성해, 정전 용량형 전자 피부가 제조된다.

선택적으로, 상기 단계 S5 후, 상기 하 전극층의 하표면에 한층의 민감층을 더 형성할 수 있다.

본 실시예에서, 상기 템플릿은 미세 구조를 가진 실리콘 기판, 유리 기판, 금속 기판, 천, 실크 제품 또는 미세 구조를 가진 생물체의 기관 중의 임의의 하나일 수 있다. 상기 유기용제는 메탄올, 에틸 알코올 또는 에틸렌 글리콜일 수 있다. 제조된 폴리디메틸실록산 박막은 한면 또는 양면을 산소 가스등의 이온 조건에서 1~60분간 작용시킨다. 상기 폴리디메틸실록산 박막은 고분자 재료일 수 있고 폴리에틸렌 테레프타레이트, 폴리비닐 에틸 알코올, 폴리비닐 플루오라이드, 폴리에틸렌 중의 일종 또는 여러 종의 조합으로부터 선택할 수 있으며, 이에 국한되지 않는다.

또한, 일종의 실현 가능한 형태에 있어서, 하 전극층이 지지층의 상표면에 설치되는 경우, 전자 피부의 제조 단계는 아래와 같다.

단계S11~S13는 본 실시예의 단계S1~S3와 같기 때문에 설명을 생략한다.

단계S14에서, 고투명 및 고유연성의 초박형 PE(폴리에틸렌) 박막(12㎛두께가 바람직하다) 상에 이온 스퍼터링에 의해 두께 200nm의 Au 전극을 형성한다.

단계S15에서, Au 전극을 포함한 PE 박막의 Au 도전면을 상기 단계S3에서 형성된 액체 고분자 집합체 박막에 붙이고 진공 환경에서 일정시간(바람직하게는 2~3h) 가열(온도 65~75℃가 바람직하다) 처리한 후, 상기 액체 고분자 집합체 PDMS 박막이 완전하게 고체화될 때까지 기다리고, 동시에 PE막과 완전하게 일체되게 한 후, 고체화된 고분자 집합체 박막을 실리콘웨이퍼의 표면으로부터 벗겨내어, 실리콘웨이퍼 템플릿상의 미세 도형이 PDMS 플렉시블 박막에 카피되어 피라미드형의 미세 구조를 가진 박막이 제조된다.

단계S16에서, PDMS 박막의 미세 구조의 표면에 상 전극을 형성한다. 최종적으로 정전 용량형의 초박형의 플렉시블 전자 피부가 형성된다.

도 9에 도시된 바와 같이, 기기가 압력을 받은 후 기기 전체가 늘어난다. 기기 구조의 유전체층이 얇아지고 커져, 전기용량값이 커진다. 압력이 소멸했을 경우, 기기 전체는 수축되어 기기 구조중의 유전체층은 신속하게 복원되어 전기용량값도 따라서 작아진다. 그러므로 본 정전 용량형 구조의 기기가 압력에 대한 고감도 검측에 사용될 수 있다.

실시예 5

현재, 정보산업의 국제적 경쟁은 과학기술의 쟁탈로 표현되고 있다. 음성 인식 업계는 전략적 및 장래적으로 중요한 어메이징 기술 산업으로서 국내외의 과학 업계 및 산업 업계에서 시종 주목받는 초점이기도 하다. 본 발명은 신형의 음성 인식 기술 및 상응하는 장치에 관한 것이며, 종래의 음성 인식 기술과 같이 수집 모듈로 음성의 공기중에서 전파 신호를 포착하는 것이 아니라 마이크로나노 센서를 사용해 발음할 때 성대에 의한 진동 신호를 수집해 진동 신호에 대해서 증폭 및 필터링등의 예비 처리를 실시해 특성 신호를 추출하고, 타임 도메인 해석법, 주파수 도메인 해석법 등에 의해 식별 분석하여, 간단하고 실행 가능하며 시스템적인 진동 신호 인식 방법을 얻으며, 마지막에 인식 결과를 표시한다.

본 발명은 종래의 음성 인식 기술에 근거해 기술적 혁신을 달성한 것이고, 그 혁신은 주로 음성 신호의 수집 방법 및 추출 장치에 집중되어 있고, 동기 인식, 고식별율, 소형 및 휴대가 편리한 장점을 가진다. 동시에, 플렉시블 박막 재료를 사용하기 때문에 본 기기를 간단하게 웨어러블 전자 디바이스로 구성할 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서, 음성 인식 시스템은 전자 피부(101); 데이터 처리 모듈(102); 표시 모듈 (103)을 포함한다. 구체적으로 상기 전자 피부(101)는 압전 저항형 전자 피부 및 정전 용량형 전자 피부를 포함한다.

구체적인 실시에서, 압전 저항형 또는 정전 용량형의 전자 피부는 성대의 진동 신호를 수집하기 위해서 사용되며, 데이터 처리 모듈(102)은 수집된 진동 신호를 필터링 및 증폭해 특성 신호를 추출하며, 타임 도메인 해석법 또는 주파수 도메인 해석법으로 특성 신호에 대해 식별 분석을 실시하여 인식 결과를 표시 모듈(103)에 표시한다.

그 중, 본 실시예에서 압전 저항형 전자 피부는 상기 실시예1에서 공개한 압전 저항형 전자 피부를 사용할 수 있고, 그 구체적인 구조는 실시예1을 참조하고 상세한 설명은 생략한다. 정전 용량형의 전자 피부는 상기 실시예3에서 공개한 정전 용량형의 전자 피부를 사용할 수 있고 그 구체적인 구조는 실시예3을 참조하고 자세한 설명은 생략한다.

또한, 상기 압전 저항형 전자 피부의 제조 방법은, 상기 실시예2에 공개된 압전 저항형 전자 피부의 제조 방법을 참조하며, 상기 정전 용량형의 전자 피부의 제조 방법은 상기 실시예4에 공개된 정전 용량형 전자 피부의 제조 방법을 참조하고 여기서 자세한 설명은 생략한다.

구체적인 실시에서, 정전 용량형의 전자 피부는 기기를 성대의 목에 두었을 경우 성대의 진동에 의해 센서의 전기용량이 변동하고, 회로의 필터 장치에 의해 백그라운드 노이즈를 필터링 하면 유효한 맥파를 얻을 수 있고, 증폭 회로에 의해 신호를 증폭한 후 블루투스, Zigbee 방식 또는 Wifi 방식의 송신 기술에 의해 신호를 표시기의 수신장치에 송신하는 것으로, 발음시의 성대 진동파를 표시기에 동기 표시한다.

기기를 성대쪽에 점착 했을 경우, 발음시에 성대는 상응하게 진동하고 센서는 자동적으로 진동 신호를 수집해 외부 회로의 전환 인식을 거친후 블루투스에 의해 표시기(바람직하게는, 7인치의 pad)에 송신되어 표시기상에는 발음의 경중, 발음의 길고 짧은 등의 진폭, 주파수가 다른 파형이 표시된다. 구체적으로, 정전 용량형의 전자 피부를 사용해 음성에 대한 검사를 실시할 때, 도 11에 도시된 바와 같이, 이는 정전 용량형의 전자 피부를 사용하여 음성 인식한 결과를 나타내는 도이다. 도 11의 검출 결과에 의하면 본 발명이 제공하는 정전 용량형의 전자 피부는 음성 테스트에 대한 감도가 높고 음성 인식 시스템의 인식 효과가 뛰어나다.

실시예 6

본 발명의 실시예는 음성 인식 방법을 공개하였고, 이는 실시예1의 압전 저항형 전자 피부 또는 실시예3의 정전 용량형의 전자 피부를 사용해 성대의 진동 신호를 수집하는 단계;

수집된 진동 신호를 필터링 및 증폭해 특성 신호를 추출하는 단계;

타임 도메인 해석법 또는 주파수 도메인 해석법으로 특성 신호에 대해서 식별 분석을 실시하고 식별 결과를 표시 모듈에 표시하는 단계를 포함한다.

구체적으로 실시할 때, 본 실시예에 공개된 음성 인식 방법은 실시예5의 음성 인식 시스템을 사용해 신호를 검출할 수 있다. 압전 저항형 또는 정전 용량형 전자 피부 자신의 감도 및 음성 인식 시스템의 편리성에 의해, 음성 인식 방법의 실현 가능성과 실용성이 향상되어 음성 인식 효율이 높아졌다.

실시예 7

도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예는 맥박 검출 시스템을 제공한다.

구체적으로, 맥박 검출 시스템은 전자 피부(201); 필터 회로(202); 증폭 회로(203); A/D변환 회로(204); 표시 장치(205)를 포함한다. 본 실시예에서, 상기 전자 피부(201)은 압전 저항형 전자 피부 또는 정전 용량형 전자 피부를 포함한다.

그 중, 본 실시예의 전자 피부는 상기 실시예1에 공개된 압전 저항형 전자 피부일 수 있고, 또는 상기 실시예3에 공개된 정전 용량형 전자 피부일 수 있다. 이들의 구체적인 구조는 상기의 실시예를 참조할 수 있으며, 여기서 자세한 설명은 생략한다.

맥박은 심장의 주기적인 수축, 확장에 의해 심실로부터 대동맥에 흘러 나온 혈류가 물결의 형태로 대동맥의 근원으로부터 동맥 혈관을 따라 전파되어 형성된다. 상기 웨어러블 맥박 검출 기기를 맥박쪽에 두면 압전 저항형 또는 정전 용량형 전자 피부는 완전한 상태로 일그러짐이 작고, 베이스 라인이 안정된 진폭이 적합한 맥박 박동 진동을 자동적으로 수집하며, 전자 피부로부터 출력된 맥박 신호는 필터 회로(202)에 의해 백그라운드 노이즈가 필터링되어 유효한 맥박 신호를 얻을 수 있고, 증폭 회로에 의해 신호가 증폭된후 ADC회로(203)(A/D변환 회로 204를 더 포함한다)에 송신되고 변환된 후 블루투스, Zigbee 기술 또는 Wifi 기술에 의해 신호가 표시 장치(205)의 수신장치에 송신되어 맥파가 리얼타임적으로 표시기에 표시된다.

A/D변환 회로(204)와 표시 장치(205)사이의 통신은 GPRS(General　Packet　Radio　Serｖice), GSM(Global　System　of　Mobile communication), WLAN(Wireless　Local　Area　Networks, 무선 근거리 네트워크), CDMA(Code　Division　Multiple　Access, 코드분할다중접속), TDMA(Time　Divsion　Multiple　Access, 시분할 다중 접속), 텔레비젼 통신 네트워크, Zigbee 기술 또는 Wifi 기술, 또는 그 외의 원격 통신 네트워크를 사용할 수 있다. 또한, A/D변환 회로(204)와 표시 장치(205) 사이는 유선 방식을 통하여 접속될 수 있다.

그리고, 상기 압전 저항형 전자 피부의 제조 방법은 상기 실시예2에 공개된 압전 저항형 전자 피부의 제조 방법을 참조하고, 상기 정전 용량형 전자 피부의 제조 방법은 상기 실시예4에 공개된 정전 용량형의 전자 피부의 제조 방법을 참조하며, 여기서 자세한 설명은 생략한다.

본 실시예의 맥박 검출 시스템은, 상술한 압전 저항형 전자 피부 또는 정전 용량형 전자 피부를 사용하여 전자 피부가 무독이면서 생물적 적합성이 좋은 장점을 가지고 있기 때문에, 인체 피부와 어울려 일체가 되고, 유저에게 매우 뛰어난 체험감을 줄 수 있다. 또한 전자 피부를 구성하는 민감 재료가 독특한 나노 구조이기 때문에, 맥박 검출 시스템의 감도가 더 높아지고 안정성이 더 좋아지며, 시스템 전체가 소형화되어 휴대가 간편하고 원가도 낮으며 실용성이 뛰어나다.

실시예 8

본 발명의 실시예는 맥박 검출 방법을 공개하였으며, 이는

실시예1의 압전 저항형 전자 피부 또는 실시예 3의 정전 용량형 전자 피부를 사용해 맥박 신호를 수집하는 단계;

수집된 맥박 신호를 필터링 해 유효한 맥박 신호를 얻는 단계;

상기 유효한 맥박 신호를 증폭한 후 A/D변환 회로에 송신하는 단계;

표시 장치에 A/D변환 회로로부터의 신호를 표시하는 단계를 포함한다.

구체적으로, 실시예7에 기재된 맥박 검출 시스템을 사용해 맥박 신호를 검출할 수 있다. 구체적인 실시에서, 기기를 맥박쪽에 두었을 경우 맥박의 박동에 의해 센서의 전기용량이 변동하고, 필터 회로에 의해 백그라운드 노이즈를 필터링 해 유효한 맥파 신호를 얻을 수 있으며, 증폭 회로에 의해 신호를 증폭해 ADC 회로에 송신해 변환한 후, 블루투스 송신 기술을 통하여 신호를 표시기의 수신장치에 송신하는 것으로 맥파를 리얼타임적으로 표시기에 표시한다.

실시예 9

본 실시예는 전자 피부에 대한 다른 분야상의 여러가지 새로운 용도를 제공한다.

구체적으로, 본 발명의 전자 피부는 인체 맥박의 박동, 심장의 박동, 장력의 검출, 안구 압력, 이야기하는 것에 의한 후부근육의 진동 및 접촉식 또는 비접촉식의 진동에 의한 음성 인식, 운동에 의한 신체의 기타 부위의 근육과 표피의 운동을 포함한 인체 생리 신호의 검출에 사용될 수 있다. 예를 들면, 인체 완부의 맥박 박동의 검출에 사용하는 경우, 맥박중의 P파의 봉, T파의 봉 및 D파의 봉을 정확하게 인식할 수 있고, 상기 인체 맥박의 박동은, 동맥의 박동에 의한 인체 각부위의 박동을 포함한다. 게다가 해당 전자 피부는 혈압, 호흡, 의료용 로보트, 내시경 로보트 시스템, 외과 수술 로보트암의 인체 기관에 대한 접촉감 및 보호의 면 등에 있어 잠재적인 응용을 가진다.

본 실시예에서, 상기 전자 피부는 실시예1에 기재된 압전 저항형 전자 피부 또는 실시예3에 기재된 정전 용량형 전자 피부를 포함하고, 여기서 그 구조의 설명은 생략한다.

이하, 4개의 구체적인 예를 통하여, 본 발명의 압전 저항형 또는 정전 용량형 전자 피부의 여러 영역상의 새로운 응용을 설명한다.

1) 압전 저항형/정전 용량형 전자 피부의 맥박 신호의 검출에 있어서의 응용

제조된 압전 저항형/정전 용량형 전자 피부를 팔의 부위에 두고 2V의 전압하에서 전류 신호를 리얼타임으로 측정하는 것에 의해, 인체 맥박 신호의 검출을 실현할 수 있다. 특히, 압전 저항형 전자 피부를 사용해 하나의 맥박을 검출하는 경우, 도 13에 도시된 바와 같이, 압전 저항형 전자 피부에 의해 측정된 완부의 맥박 파형도를 얻을 수 있다. 도 14는 본 발명의 압전 저항형 전자 피부에 의해 측정된 맥파의 하나의 봉의 전형적인 곡선이다. 이상으로부터 알 수 있듯이, 해당 기기는 인체 맥박 신호의 리얼타임적, 쾌속적, 정확적인 측정을 실현할 수 있으며, 인체 맥박중의 P파의 봉, T파의 봉 및 D파의 봉을 정확하게 인식할 수 있다. 이런 맥박의 파형은 인체의 심장의 박동 주파수, 심장의 운동 방식, 혈액의 점도 등의 정보와 관련된다. 해당 맥파를 정확하게 검출하는 것에 의해 인체 질병의 조기진단을 실현할 수 있다. 해당 기기를 팔 부위의 맥박의 측정에 사용하는 것은 하나의 실시예에 지나지 않으며, 신체의 기타 부위 예를 들면 목 및 머리 부분 등의 부위의 동맥 박동을 리얼타임적으로 측정하는데 사용할 수도 있다.

2) 압전 저항형/정전 용량형 전자 피부가 음성 인식에 사용

제조된 압전 저항형/정전 용량형의 전자 피부를 경부(목)에 두고 2V의 전압하에서 전류 신호를 리얼타임으로 측정하는 것에 의해, 인체 음성의 인식을 실현할 수 있다. 예를 들면 압전 저항형 전자 피부를 사용해 음성을 검출하는 경우, 도 15에 도시된 바와 같이, 곡선은 피측정자가 hello라고 이야기했을 때에 얻은 리얼타임 I-t곡선이다. 측정자가 이야기할 때 성대의 진동은 피부의 진동을 일으키고 기기의 저항값이 변동되며, 이때 기기를 통과하는 전류가 변동된다. 이와 같이, 음성과 전류와의 관계를 얻을 수 있다. 몇 개의 물리량을 변환하는 것에 의해, 서로 다른 음성의 파형 및 그 변화를 측정할 수 있다. 도 16은 본 발명의 압전 저항형 전자 피부를 사용해 음성 인식을 실시한 제2의 검측도이다. 도 16에 도시된 바와 같이, 압전 저항형 전자 피부를 간격을 두고 오디오의 윗쪽에 놓으면 기기는 오디오로부터 발산되는 음파에 의해 진동된다. 때문에, 기기의 전류값이 변동한다. 그리고 한가지 음성 진동이 한가지 전류에 대응하는 변화 곡선을 얻을 수 있다.

3) 압전 저항형/정전 용량형 전자 피부가 장력 검출상의 응용

본 발명의 압전 저항형/정전 용량형 전자 피부는 장력 검출에 응용된다. 구체적인 실시에서, 제조된 압전 저항형/정전 용량형의 전자 피부를 장력 검출에 응용하면, 고정밀도의 스텝 플랫폼을 통하여 정밀하게 유연성을 제어하고, 압전 저항형/정전 용량형의 전자 피부는 외부 장력의 작용에 의해 변형된다. 외부 장력의 작용에 의해, 압전 저항형/정전 용량형 전자 피부의 유전체층의 두께, 전극 면적, 그 구조가 변화되어 전자 피부 기기의 저항값 또는 전기용량값이 변화된다. 구체적으로, 정전 용량형의 전자 피부를 사용해 장력을 검출하는 경우, 정전 용량형의 전자 피부에 의해 외부 장력을 검출한 응답도를 얻을 수 있다. 도 17에 도시된 바와 같이, 해당 정전 용량형 기기의 변형량이 0.5%~50%의 범위내인 경우, 고감도의 신호 출력을 실현할 수 있다. PDMS가 높은 신축성을 가지기 때문에 관련 재료를 최적화한 후 압전 저항형/정전 용량형의 전자 피부가 검출할 수 있는 기기의 변형량이 0.01%~200%의 범위가 될 수 있다.

4) 압전 저항형/정전 용량형 전자 피부가 의료용 로보트 시스템상의 응용

본 발명의 압전 저항형/정전 용량형 전자 피부를 의료용 로보트 시스템에 응용하는 것에 의해, 의료용 로보트 또는 외과 수술 로보트암의 인체 기관에 대한 접촉감과 보호 기능을 실현할 수 있다. 그 중, 상기 전자 피부는 압전 저항형 전자 피부와 정전 용량형의 전자 피부를 포함하고, 압전 저항형 전자 피부의 구조는 상기 실시예1에 기재된 압전 저항형 전자 피부의 구조와 같고, 정전 용량형의 전자 피부의 구조는 상기 실시예3에 기재된 정전 용량형의 전자 피부의 구조와 같기 때문에 설명을 생략 한다.

예를 들면, 압전 저항형 전자 피부를 내시경 로보트에게 응용하는 것에 의해, 내시경 로보트가 감지 기능을 가져 외부의 작은 작용력을 검출할 수 있다. 내시경 검사를 실시할 때, 내시경 로보트 시스템은 인체 체내 기관과의 접촉을 감지할 수 있고 해당 정보를 내시경 로보트 시스템의 제어 센터에 입력하여, 제어 센터가 이에 따라 로보트의 자세와 동작을 조정해, 환자의 아픔과 인체 체내 기관의 손상을 감소할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 압전 저항형 전자 피부를 자동 도입식 내시경 의료 시스템에 응용할 수 있다.

도 18에 도시된 바와 같이, 압전 저항형 전자 피부가 내시경 의료 시스템에 응용되었을 때, 내시경 로보트의 인체 체내 기관에 대한 접촉이 전자 피부에 의해 정확하게, 리얼타임적으로, 쾌속하게 감지된 신호 포착도이다.

본 발명의 실시 예를 실시할 때, 나노 구조와 신형 나노 재료의 결합에 의해, 고감도, 저소비 전력, 휴대성 간편(착용 가능, 부착 가능)의 감지 전자 피부 기기를 구축할 수 있고, 압전 저항형 전자 피부와 정전 용량형 전자 피부의 물리적 특성에 근거해, 다른 분야에서도 새로운 응용을 개발할 수 있다. 그 중, 외부 정보 감지의 방면에 있어서, 압전 저항형 전자 피부는 외부의 미소한 작용력에도 고감도로 감지할 수 있다. 정전 용량형의 전자 피부는 부착 가능한 전자기기 및 시스템에 응용할 수가 있어 음성, 인체 생리 신호등의 정보의 획득을 실현할 수 있다. 그 때문에, 압전 저항형 전자 피부와 초박형의 정전 용량형의 전자기기는 인체 생리 신호의 리얼타임적 감시(예를 들면, 맥박, 심박수, 호흡, 혈압등)에 응용할 수 있어, 인체의 건강에 대한 평가와 질병의 조기진단을 실현할 수 있다.

본문에 있어서, 제1및 제2라고 하는 용어는, 하나의 실체 또는 조작과 다른 하나의 실체 또는 조작을 구별하기 위한 것이고, 이런 실체 또는 조작의 사이에 실제의 관계 또는 순서가 존재하는 것을 의미 또는 암시하는 것은 아니다. 그리고, 「포함」또는 그의 기타 변형어는 비배타성의 포함을 포괄하고 있어, 일련의 요소를 포함한 과정, 방법, 물품 또는 설비는 그러한 요소를 포함한 외에 명확하게 열거되어 있지 않은 그 외의 요소도 포함, 또는, 이것들의 과정, 방법, 물품 또는 설비 고유의 요소도 포함한다.「하나를 포함한다」에 의해 한정된 요소는 상기 요소를 포함한 과정, 방법, 물품 또는 설비중에 그 외의 동등의 요소가 포함되어 있는 것을 배제하는 것은 아니다. 본 발명은 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술 사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

Claims

적층된 복수의 플렉시블 기판;
인접하는 상기 플렉시블 기판의 접촉 표면에 설치된 도전층;
상기 도전층에 전기적으로 접속된 도전극; 을 포함하되,
적어도 하나의 상기 도전층의 접촉면은 비평면 구조인 것을 특징으로 하는 압전 저항형 전자 피부.
제 1항에 있어서,
적어도 하나의 상기 플렉시블 기판은 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane) 박막을 사용하는 것을 특징으로 하는 압전 저항형 전자 피부.
제 1항에 있어서,
적어도 하나의 상기 플렉시블 기판의 재료는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐 플루오라이드(PVF), 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 나일론(Nylon), 폴리카보네이트(PC), 폴리우레탄(PU), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에틸렌테레프타레이트(PET, PETE) 또는 고분자 고무 재료에서 일종 또는 여러 종의 조합인 것을 특징으로 하는 압전 저항형 전자 피부.
제 2항에 있어서,
상기 폴리디메틸실록산 박막의 적어도 한면은 패턴을 구비하고, 상기 패턴의 사이즈는 0.1 내지 500㎛이고, 단위 평방센티미터내에 상기 패턴의 수량은 1 내지 10¹²인 것을 특징으로 하는 압전 저항형 전자 피부.
제 4항에 있어서,
상기 패턴은 상기 폴리디메틸실록산을 템플릿에 주입해 고체화 시켜 형성된 것이고,
상기 템플릿은 미세 구조를 가진 실리콘 기판, 미세 구조를 가진 유리 기판, 미세 구조를 가진 금속 기판, 미세 구조를 가진 플라스틱 기판, 천, 실크 제품 또는 미세 구조를 가진 생물체의 기관 중의 임의의 하나인 것을 특징으로 하는 압전 저항형 전자 피부.
제 1항에 있어서,
상기 도전층은 카본나노튜브 박막을 포함하고, 상기 카본나노튜브 박막은 주로 카본나노튜브를 교차한 네트워크로 구성된 것을 특징으로 하는 압전 저항형 전자 피부.
제 6항에 있어서,
상기 카본나노튜브 박막의 광투과율은 50% 내지 97%이고, 시트 저항은 10²내지 10⁷Ω/sq인 것을 특징으로 하는 압전 저항형 전자 피부.
제 7항에 있어서,
상기 카본나노튜브 박막은 두께가 10nm 내지 500nm이고, 단층 카본나노튜브, 두층 카본나노튜브 및 여러 층 카본나노튜브 중의 일종 또는 여러 종의 복합으로 형성되었으며, 상기 단층 카본나노튜브는 금속성의 단층 카본나노튜브, 반도체성의 카본나노튜브 또는 금속성 및 반도체성을 동시에 포함한 단층 카본나노튜브인 것을 특징으로 하는 압전 저항형 전자 피부.
제 1항에 있어서,
상기 도전층은 동, 은 및 금 중의 임의의 도전 금속 또는 반도체 재료의 일종 또는 이종 이상의 조합인 것을 특징으로 하는 압전 저항형 전자 피부.
제 1항 내지 제 9항의 임의의 한항에 있어서,
상기 도전층의 표면에 유기 고분자 재료가 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 압전 저항형 전자 피부.
제 10항에 있어서,
상기 유기 고분자 재료는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐 플루오라이드(PVF), 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 나일론(Nylon), 폴리카보네이트(PC), 폴리우레탄(PU), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에틸렌테레프타레이트(PET, PETE), 폴리디메틸실록산（PDMS）또는 고분자 고무 재료 중의 일종 또는 여러 종의 조합인 것을 특징으로 하는 압전 저항형 전자 피부.
제 1항에 있어서,
상기 도전극은 금, 플라티늄, 니켈, 은, 인듐, 동, 카본나노튜브 및 그래핀 중의 임의의 일종 재료 또는 이종 이상의 재료를 조합해 제조된 것을 특징으로 하는 압전 저항형 전자 피부.
(S1) 두개의 패턴화된 플렉시블 기판을 제조하는 단계;
(S2) 도전층 용액을 제조해, 각각 두개의 플렉시블 기판의 패턴을 가지는 표면에 도포하여 도전층을 형성하고, 패턴을 가지는 도전층의 일측을 서로 면맞댐으로 조립하여, 도전층이 서로 접촉한 박막 기기를 형성하는 단계;
(S3) 도전재료를 사용하여 두개의 도전층상에 각각 상, 하 도전극를 형성하고 도전극으로부터 리드 선을 인출해 압전 저항형 전자 피부를 제조하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 저항형 전자 피부의 제조 방법.
제 13항에 있어서,
상기 도전층 용액은 카본나노튜브 용액이고, 상기 도전층은 카본나노튜브 박막인 것을 특징으로 하는 압전 저항형 전자 피부의 제조 방법.
제 14항에 있어서,
적어도 한층의 상기 플렉시블 기판은 폴리디메틸실록산 박막이고,
상기 S1단계의 플렉시블 기판은,
(S11) 폴리디메틸실록산을 진공중에서 1 내지 30분간 가스 제거 후, 패턴이 형성된 템플릿에 주입하되, 폴리디메틸실록산의 두께가 0.1내지 3mm이고, 그 후에 50 내지 100℃의 온도하에 0.5시간 이상 가열시켜 고체화 성형되는 단계;
(S12) 고체화 성형된 폴리디메틸실록산을 유기용제에 넣고 5 내지 30분간 초음파 처리하여 템플릿으로부터 떼어내는 단계; 로 제조되는 것을 특징으로 하는 압전 저항형 전자 피부의 제조 방법.
제 15항에 있어서,
상기 템플릿은 미세 구조를 가진 실리콘 기판, 미세 구조를 가진 유리 기판, 미세 구조를 가진 금속 기판, 미세 구조를 가진 플라스틱 기판, 천, 실크 제품 또는 미세 구조를 가진 생물체의 기관일 수 있고,
상기 유기용제는 메탄올, 에틸 알코올 또는 에틸렌 글리콜일 수 있는 것을 특징으로 하는 압전 저항형 전자 피부의 제조 방법.
제 13항에 있어서,
상기 S2단계는,
(S21) 단층 및/또는 두층, 소수층, 다수층의 카본나노튜브에 1wt% 내지10wt%의 표면 활성제를 함유한 수용액을 카본나노튜브의 농도가 0.01 내지 50mg/ml가 될 때까지 첨가한 후, 해당 혼합 용액을 1min 내지 10h초음파 예비분산시켜 카본나노튜브 분산액을 형성하는 단계;
(S22) 해당 카본나노튜브 분산액을 1000 내지 20000rpm의 속도로 0.1h이상 원심 분리를 실시한 후, 상청액(supernatant)을 막 형성전 용액으로 취하는 단계;
(S23) 탈이온수로 막 형성전 용액을 1 내지 100배 희석하고, 그 후에 희석된 카본나노튜브 용액을 스프레이를 사용해 두개의 플렉시블 기판의 패턴이 있는 표면에 균일하게 스프레이 코팅 해 카본나노튜브 박막을 형성하고, 패턴을 가지는 카본나노튜브 박막의 일측을 서로 면맞댐으로 조립하여, 카본나노튜브 박막이 서로 접촉한 박막 기기를 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전 저항형 전자 피부의 제조 방법.
제 17항에 있어서,
상기 S23단계에서 박막 기기를 조립하기 전에 탈이온수를 사용하여 상기 표면에 카본나노튜브 박막이 있는 박막을 여러 차례 담그어 표면 활성제를 제거하고, 건조시킨 후 3 내지 8M농도의 강산으로 상기 카본나노튜브 박막을 0.1 내지 24h처리하는 것을 특징으로 하는 압전 저항형 전자 피부의 제조 방법.
청구항 1 내지 12의 임의의 한항에 의한 압전 저항형 전자 피부의 용도에 있어서,
상기 전자 피부는 인체 맥박의 박동, 심장의 박동, 장력의 검출, 호흡, 안구 압력, 후부근육군의 진동, 음성 인식, 운동에 의한 신체의 근육과 표피의 운동, 혈압, 의료용 로보트, 내시경 로보트 시스템, 외과 수술 로보트암의 인체 기관에 대한 접촉감 및 보호에 응용되는 것을 특징으로 하는 압전 저항형 피부의 용도.
유연한 민감층을 포함하되,
상기 민감층의 상면과 하면의 적어도 한면이 비평면 구조이고, 상기 민감층의 상면과 하면에 각각 상 전극층 및 하 전극층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 용량형 전자 피부.
제 20항에 있어서,
상기 상 전극층의 상면과 하면의 적어도 한면은 비평면 구조이고, 및/또는 상기 하 전극층의 상면과 하면의 적어도 한면은 비평면 구조인 것을 특징으로 하는 정전 용량형 전자 피부.
제 21항에 있어서,
상기 민감층의 재질은 폴리디메틸실록산(PDMS)이고, 두께가 2 내지 50㎛범위인 것을 특징으로 하는 정전 용량형 전자 피부.
제 22항에 있어서,
상기 민감층의 적어도 한면에 패턴을 가지고, 상기 패턴은 폴리디메틸실록산을 템플릿에 주입해 제조되며,
상기 템플릿은 미세 구조를 가진 실리콘 기판, 미세 구조를 가진 유리 기판, 미세 구조를 가진 금속 기판, 미세 구조를 가진 플라스틱 기판, 천, 실크 제품 또는 미세 구조를 가진 생물체의 기관 중의 임의의 하나인 것을 특징으로 하는 정전 용량형 전자 피부.
제 20항에 있어서,
상기 민감층의 재질은 고분자 재료이고, 상기 고분자 재료는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리비닐 플루오라이드(PVF), 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 나일론(Nylon), 폴리카보네이트(PC), 폴리우레탄(PU), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에틸렌테레프타레이트(PET, PETE) 또는 고분자 고무 재료 중의 일종 또는 여러 종의 조합으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 정전 용량형 전자 피부.
제 20항에 있어서,
상기 민감층과 하 전극층과의 사이 또는 상기 하 전극층의 하면에 플렉시블 지지층이 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 용량형 전자 피부.
제 25항에 있어서,
상기 지지층은 폴리에틸렌(PE) 박막이고, 두께가 1 내지 100㎛범위인 것을 특징으로 하는 정전 용량형 전자 피부.
제 25항에 있어서,
상기 지지층의 재료는 고투명 및 고유연성의 폴리염화비닐(PVC) 박막, 폴리염화비닐리덴(PVDC) 박막 중의 일종 또는 여러 종의 조합으로부터 더 선택되는 것을 특징으로 하는 정전 용량형 전자 피부.
제 20항에 있어서,
상기 상 전극층 및 하 전극층의 재료가 금, 플라티늄, 니켈, 은, 인듐, 동, 카본나노튜브, 그래핀, 은나노 와이어 중의 일종 또는 여러 종의 조합으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 정전 용량형 전자 피부.
제 20항에 있어서,
상기 상 전극층 및 하 전극층의 전극은 증발(evaporation)방식, 스퍼터링방식 또는 화학 증착방식에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 정전 용량형 전자 피부.
제 20항에 있어서,
상기 비평면 구조는 돌출한 멀티 콘인 것을 특징으로 하는 정전 용량형 전자 피부.
제 30항에 있어서,
상기 각각의 멀티 콘의 저면은 10㎛×10㎛의 정방형이고, 측면과 저면의 각이 54.7°이고, 멀티 콘의 높이가 7.06㎛인 것을 특징으로 하는 정전 용량형 전자 피부.
(S1) 비평면 구조를 형성할 수 있는 템플릿을 제조하는 단계;
(S2) 템플릿의 표면에 한층의 유기물 분자층을 형성하는 단계;
(S3) 유기물 분자층상에 민감층을 형성하는 단계;
(S4) 열처리 하여 고체화 후의 민감층을 템플릿으로부터 벗겨내는 단계;
(S5) 민감층의 상면과 하면에 각각 상 전극층 및 하 전극층을 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 용량형 전자 피부의 제조 방법.
제 32항에 있어서,
상기 템플릿은 미세 구조를 가진 실리콘 기판, 미세 구조를 가진 유리 기판, 미세 구조를 가진 금속 기판, 미세 구조를 가진 플라스틱 기판, 천, 실크 제품 또는 미세 구조를 가진 생물체의 기관 중의 임의의 하나인 것을 특징으로 하는 정전 용량형 전자 피부의 제조 방법.
제 32항에 있어서,
상기 S3단계후, 상기 민감층상에 한층의 지지층을 더 형성하고, 그 다음에 상기 지지층의 하면에 상기 하 전극판을 제조하는 것을 특징으로 하는 정전 용량형 전자 피부의 제조 방법.
제 32항에 있어서,
상기 S5단계후, 상기 하 전극층의 하면에 한층의 민감층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 정전 용량형 전자 피부의 제조 방법.
제 32항에 있어서,
상기 유기 분자층은 트리메틸클로로실란(trimethylchlorosilane) 또는 퍼플루오로옥틸 트리클로로실란 (Perfluorooctyl trichlorosilane)으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 정전 용량형 전자 피부의 제조 방법.
청구항 20 내지 31의 임의의 한항에 의한 정전 용량형 전자 피부의 용도에 있어서,
상기 전자 피부는 인체 맥박의 박동, 심장의 박동, 장력의 검출, 호흡, 안구 압력, 후부근육군의 진동, 음성 인식, 운동에 의한 신체의 근육과 표피의 운동, 혈압, 의료용 로보트, 내시경 로보트 시스템, 외과 수술 로보트암의 인체 기관에 대한 접촉감 및 보호에 응용되는 것을 특징으로 하는 정전 용량형 전자 피부의 용도.
음성 인식 시스템에 있어서,
이는 청구항 1 내지 12항의 임의한 한항에 의한 압전 저항형 전자 피부;
상기 압전 저항형 전자 피부로부터의 신호를 수신하고, 처리 후의 신호를 표시 모듈에 송신하는 데이터 처리 모듈;
데이터 처리 모듈로부터의 신호를 수신 및 표시하는 표시 모듈; 을 포함하되,
상기 압전 저항형 전자 피부는 적층된 복수의 플렉시블 기판; 적어도 하나의 도전층의 접촉면은 비평면구조이고, 인접하는 플렉시블 기판의 접촉 표면에 설치된 도전층; 및 상기 도전층에 전기적으로 접속된 도전극; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 음성 인식 시스템.
음성 인식 시스템에 있어서,
청구항 20 내지 31항의 임의한 한항에 의한 정전 용량형 전자 피부;
상기 정전 용량형 전자 피부로부터의 신호를 수신하고, 처리 후의 신호를 표시 모듈에 송신하는 데이터 처리 모듈;
데이터 처리 모듈로부터의 신호를 수신 및 표시하는 표시 모듈; 을 포함하되, 상기 정전 용량형 전자 피부는 유연한 민감층을 포함하고, 상기 민감층의 상면과 하면은 적어도 하나가 비평면 구조이고, 상기 민감층의 상면과 하면에 각각 상 전극층과 하 전극층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 음성 인식 시스템.
청구항 38에 의한 압전 저항형 전자 피부를 사용하여 성대의 진동 신호를 수집, 또는 청구항 39에 의한 정전 용량형 전자 피부를 사용하여 성대의 진동 신호를 수집하고;
수집된 진동 신호를 필터링, 증폭하여, 특성 신호를 추출하고;
타임 도메인 해석법 또는 주파수 도메인 해석법으로 특성 신호에 대해 인식 분석을 실시하고, 인식 결과를 표시 모듈을 통하여 표시하는; 는 것을 특징으로 하는 음성 인식 방법.
맥박 검출 시스템에 있어서,
청구항 1 내지 12항의 임의의 한항에 의한 압전 저항형 전자 피부;
상기 압전 저항형 전자 피부로부터의 신호를 필터링 해 유효한 맥박 신호를 얻는 필터 회로;
상기 유효한 맥박 신호를 증폭한 후 A/D변환 회로에 송신하는 증폭 회로;
A/D변환 회로로부터의 신호를 수신 및 표시하는 표시 장치; 를 포함하되,
상기 압전 저항형 전자 피부는 적층된 복수의 플렉시블 기판; 적어도 하나의 도전층의 접촉면은 비평면구조이고, 인접하는 플렉시블 기판의 접촉 표면에 설치된 도전층; 및 상기 도전층에 전기적으로 접속된 도전극; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 맥박 검출 시스템.
제 41항에 있어서,
상기 A/D변환 회로는 블루투스 방식, 지그비(Zigbee) 방식 또는 와이파이(Wifi) 방식에 의해 표시 장치와 통신하는 것을 특징으로 하는 맥박 검출 시스템.
맥박 검출 시스템에 있어서,
청구항 20 내지 31항의 임의의 한항에 의한 정전 용량형 전자 피부;
상기 정전 용량형 전자 피부로부터의 신호를 필터링 해 유효한 맥박 신호를 얻는 필터 회로;
상기 유효한 맥박 신호를 증폭한 후 A/D변환 회로에 송신하는 증폭 회로;
A/D변환 회로로부터의 신호를 수신 및 표시하는 표시 장치; 를 포함하되,
상기 정전 용량형 전자 피부는 유연한 민감층을 포함하고, 상기 민감층의 상면과 하면은 적어도 하나가 비평면 구조이고, 상기 민감층의 상면과 하면에 각각 상 전극층과 하 전극층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 맥박 검출 시스템.
제 43항에 있어서,
상기 A/D변환 회로는 블루투스 방식, 지그비(Zigbee) 방식 또는 와이파이(Wifi)방식에 의해 표시 장치와 통신하는 것을 특징으로 하는 맥박 검출 시스템.
청구항 41 또는 42에 의한 압전 저항형 전자 피부를 사용하여 맥박 신호를 수집하고;
수집된 맥박 신호를 필터링 해 유효한 맥박 신호를 얻고;
상기 유효한 맥박 신호를 증폭해 A/D변환 회로에 송신하고;
표시 장치에 의해, A/D변환 회로로부터의 신호를 표시하는; 것을 특징으로 하는 맥박 검출 방법.
청구항 43 또는 44에 의한 정전 용량형 전자 피부를 사용하여 맥박 신호를 수집하고;
수집된 맥박 신호를 필터링 해 유효한 맥박 신호를 얻고;
상기 유효한 맥박 신호를 증폭해 A/D변환 회로에 송신하고;
표시 장치에 의해, A/D변환 회로로부터의 신호를 표시하는; 것을 특징으로 하는 맥박 검출 방법.