KR20190070573A - 능동형 피부 접촉 센서 - Google Patents

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Abstract

능동형 피부 접촉 센서는 지지층, 상기 지지층 상에 구비되며 피부와 접촉하는 접촉층, 상기 접촉층 표면에 상기 피부와 접촉하여 밀폐 공간을 형성하는 오목형 챔버 및 상기 챔버 내의 압력을 변화시켜 상기 피부와의 접촉력을 조절하기 위한 구동부를 구비하는 적어도 하나의 접촉력 조절부, 및 상기 피부의 상태를 측정하기 위한 센서를 포함한다.

Description

능동형 피부 접촉 센서{ACTIVE TYPE SKIN CONTACT SENSOR}
본 발명은 능동형 피부 접촉 센서에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 피부에 접촉하여 생리적 데이터를 측정하기 위한 능동형 피부 접촉 센서에 관한 것이다.
신체 및 정신 건강에 대한 관심이 증가하고, 생체신호 감지 기술이 발달됨에 따라 최근 피부 표면의 생체신호를 측정하는 기술에 많은 연구들이 진행되고 있다. 피부 표면에서 생체신호를 측정하는 방식의 경우 움직임에 의한 신호의 오차가 크게 발생한다. 이에 일상생활에서 사용하기 위한 방안으로 피부에 부착할 수 있는 외부 장치(접착제, 밴드 등의 고정기구)를 통해서 노이즈를 줄이는 방법을 선택하고 있다. 하지만 화학 접착제를 사용하는 방식의 경우 피부 접촉 시 피부 손상의 위험성이 있고 재사용이 불가능하다는 단점이 있다.
본 발명의 일 과제는 피부에 부착되어 피부 표면으로부터 잡음이 최소화된 생체 신호를 측정하고 탈부착이 용이하여 일상생활에서 사용될 수 있는 능동형 피부 접촉 센서를 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 능동형 피부 접촉 센서는 지지층, 상기 지지층 상에 구비되며 피부와 접촉하는 접촉층, 상기 접촉층 표면에 상기 피부와 접촉하여 밀폐 공간을 형성하는 오목형 챔버 및 상기 챔버 내의 압력을 변화시켜 상기 피부와의 접촉력을 조절하기 위한 구동부를 구비하는 적어도 하나의 접촉력 조절부, 및 상기 피부의 상태를 측정하기 위한 센서를 포함한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 구동부는 상기 챔버 내의 온도를 가변시키기 위한 히터를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 구동부는 상기 챔버 내에 유체를 공급하여 압력을 가변시키기 위한 유압 제어 채널을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 접촉력 조절부는 상기 챔버의 개방된 상단 둘레를 따라 연장하며 상기 접촉층 표면으로부터 돌출 형성된 돌출부를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 능동형 피부 접촉 센서는 상기 챔버의 개방된 상단 둘레에 형성된 검출 전극을 포함하고 상기 피부와의 접촉 여부를 검출하기 위한 접촉 검출부를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 검출 전극은 상기 챔버의 개방된 상단 둘레를 따라 이격 배치되는 전극 패턴들을 포함할 수 있다
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 센서는 상기 피부의 온도, 습도, 전기 전도도, pH, 탄성도, 맥파 및 피부 표면의 화학 성분 중 적어도 어느 하나를 검출할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 센서는 상기 지지층에 구비되어 맥파를 측정하기 위한 제1 센서 및 상기 접촉층 표면에 구비되어 피부 상태를 측정하기 위한 제2 센서를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 챔버는 복수 개가 어레이 형태로 배열될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 능동형 피부 접촉 센서는 상기 구동부 및 상기 센서에 연결되어 제어 신호 및 검출 신호를 처리하기 위한 제어 회로부를 더 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 능동형 피부 접촉 센서는 피부와 접촉하는 박막 구조물, 상기 박막 구조물 표면에 상단이 개방되도록 형성된 흡착 챔버 및 상기 흡착 챔버 내의 압력을 변화시켜 상기 피부와의 접촉력을 조절하기 위한 구동부를 구비하는 적어도 하나의 접촉력 조절부, 및 상기 피부의 상태를 측정하기 위한 센서를 포함한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 구동부는 열공압 또는 공압 방식으로 상기 흡착 챔버 내의 압력을 변화시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 구동부는 상기 흡착 챔버 내의 온도를 가변시키기 위한 히터를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 구동부는 상기 흡착 챔버 내에 유체를 공급하여 압력을 가변시키기 위한 유압 제어 채널을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 접촉력 조절부는 상기 흡착 챔버의 개방된 상단 둘레를 따라 연장하며 상기 접촉층 표면으로부터 돌출 형성된 돌출부를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 능동형 피부 접촉 센서는 상기 흡착 챔버의 개방된 상단 둘레에 형성된 검출 전극을 포함하고 상기 피부와의 접촉 여부를 검출하기 위한 접촉 검출부를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 센서는 상기 피부의 온도, 습도, 전기 전도도, pH, 탄성도, 맥파 및 피부 표면의 화학 성분 중 적어도 어느 하나를 검출할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 센서는 피부 상태를 측정하기 위한 제1 센서 및 맥파를 측정하기 위한 제2 센서를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 흡착 챔버는 복수 개가 어레이 형태로 배열될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 능동형 피부 접촉 센서는 상기 구동부 및 상기 센서에 연결되어 제어 신호 및 검출 신호를 처리하기 위한 제어 회로부를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 인간 자율 신경계의 활동 정도를 나타내는 생리적 데이터로 알려진 피부 전도도, 피부 온도, 맥파를 측정할 수 있는 소형화되고 집적화된 단일 소자를 제공할 수 있다. 따라서, 생리적 데이터 수집을 위하여 기존의 장비 부착이 피험자의 감정에 주는 영향을 최소화할 수 있다.
또한, 구동부와 챔버로 구성된 접촉력 조절부를 통해 외부 피측정체와의 부착력을 조절할 수 있으며 고정 기구 없이 부착 및 탈착이 용이한 소자를 실용화할 수 있다. 뿐만 아니라 센서를 집적하여 잡음이 적은 신호를 얻을 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 능동형 피부 접촉 센서를 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 능동형 피부 접촉 센서를 나타내는 평면도이다.
도 3은 도 2의 A-A'라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 도 1의 능동형 피부 접촉 센서에 부착된 피부에 의해 형성된 챔버 내의 밀폐 공간을 나타내는 단면도이다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 능동형 피부 접촉 센서의 접촉력 조절부를 나타내는 단면도이다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 능동형 피부 접촉 센서의 접촉 검출부를 나타내는 평면도이다.
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 능동형 피부 접촉 센서를 나타내는 분해 사시도이다.
도 8은 도 7의 능동형 피부 접촉 센서의 지지층을 나타내는 평면도이다.
도 9는 도 7의 능동형 피부 접촉 센서의 접촉력 조절부를 나타내는 단면도이다.
도 10은 예시적인 실시예들에 따른 능동형 피부 접촉 센서의 지지층을 나타내는 평면도이다.
도 11은 예시적인 실시예들에 따른 능동형 피부 접촉 센서의 지지층을 나타내는 평면도이다.
도 12는 예시적인 실시예들에 따른 능동형 피부 접촉 센서를 나타내는 평면도이다.
도 13은 예시적인 실시예들에 따른 능동형 피부 접촉 센서를 나타내는 평면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
본 발명의 각 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
본 발명에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
즉, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 능동형 피부 접촉 센서를 나타내는 분해 사시도이다. 도 2는 도 1의 능동형 피부 접촉 센서를 나타내는 평면도이다. 도 3은 도 2의 A-A'라인을 따라 절단한 단면도이다. 도 4는 도 1의 능동형 피부 접촉 센서에 부착된 피부에 의해 형성된 챔버 내의 밀폐 공간을 나타내는 단면도이다. 도 5는 예시적인 실시예들에 따른 능동형 피부 접촉 센서의 접촉력 조절부를 나타내는 단면도이다. 도 6은 예시적인 실시예들에 따른 능동형 피부 접촉 센서의 접촉 검출부를 나타내는 평면도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 능동형 피부 접촉 센서(10)는 박막 구조물(100), 박막 구조물(100) 표면에 구비되어 피부와의 접촉력을 조절하기 위한 접촉력 조절부들(200), 및 상기 피부의 상태를 측정하기 위한 센서를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 박막 구조물(100)은 적어도 하나의 개구부(112)를 갖는 기판(110), 및 기판(110) 상에 순차적으로 적층된 지지층(120) 및 접촉층(130)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 박막 구조물은 피부 형상에 따라 변형이 가능한 유연한 물질을 포함할 수 있다. 상기 박막 구조물은 손가락, 손바닥, 손목, 발가락, 발목 또는 발바닥에 부착될 수 있다. 이와 다르게, 박막 구조물(100)은 기판(110)이 생략되고 지지층(120) 및 접촉층(130)만을 포함할 수 있다.
박막 구조물(100)은 제1 영역(R) 및 제2 영역(S)을 포함할 수 있다. 제1 영역(R)은 개구부(112)에 대응하는 변형 영역이고, 제2 영역(S)은 개구부(112) 주변의 영역에 대응하는 지지 영역일 수 있다. 따라서, 박막 구조물(100)의 제1 영역(R)은 외부 압력에 의해 개구부(112) 내로 변형할 수 있다. 예를 들면, 지지 영역(S)은 변형 영역(R)을 둘러싸는 제1 내지 제4 영역들을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 영역들은 서로 마주보고, 제3 및 제4 영역들을 상기 제1 및 제2 영역들에 인접하고 서로 마주보도록 위치할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 접촉력 조절부(200)는 접촉층(130) 표면에 상기 피부와 접촉하여 밀폐 공간(A)을 형성하는 오목형 챔버(210) 및 챔버(210) 내의 압력을 변화시켜 상기 피부와의 접촉력을 조절하기 위한 구동부를 포함할 수 있다.
챔버(210)는 접촉층(130) 표면으로부터 리세스된 오목한 형상을 가질 수 있다. 챔버(210)는 접촉층(130)을 관통하는 개구부를 포함할 수 있다. 상기 개구부는 개방된 상단 및 개방된 하단을 가질 수 있다. 챔버(210)의 상단은 피부(S)와 접촉하여 밀폐 공간을 형성하고, 챔버(210)의 상기 밀폐 공간의 압력이 음압으로 가변되어 피부(S)를 흡착하는 흡착 챔버의 역할을 할 수 있다. 챔버(210)에 의해 지지층(120)의 표면 일부가 노출될 수 있다.
복수 개의 챔버들(210)이 접촉층(130) 표면에 형성될 수 있다. 챔버들(210)은 어레이 형태로 배열될 수 있다. 챔버들(210)은 지지 영역(S)의 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에 각각 배치될 수 있다. 챔버(210)는 원통형 형상, 다각형 형상, 원뿔대 형상, 또는 다각뿔대 형상을 가질 수 있다. 챔버(210)의 단면은 원형 또는 다각형 형상을 가질 수 있다.
상기 구동부는 챔버(210) 내의 온도를 가변시키기 위한 히터(220)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 히터(220)는 챔버(210)에 의해 노출되는 지지층(120)의 일면 상에 설치될 수 있다. 상기 히터는 가열되어 챔버(210) 내의 온도를 증가시킬 수 있다.
피부(S)와의 접촉 이전에 히터(220)를 가열시켜 챔버(210) 내의 온도를 증가시키고, 피부(S)가 챔버(210)와 접촉하여 밀폐 공간(A)을 형성한 후에 히터(220)를 오프(OFF)시키면 밀폐 공간(A) 내의 공기의 온도가 감소하면서 챔버(210) 내의 압력이 감소하게 된다. 이에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이, 피부(S)와의 접촉력을 증가시킬 수 있다.
이와 반대로, 피부(S)가 챔버(210)와 접촉하여 밀폐 공간(A)을 형성한 후에 히터(220)를 온(ON)시키면 챔버(210) 내의 압력이 증가하게 된다. 이에 따라, 피부(S)와의 접촉력을 감소시켜, 피부(S)를 박막 구조물(100)로부터 쉽게 탈착시킬 수 있다.
이에 따라, 접촉력 조절부(200)는 열공압을 이용하여 피부(S)와의 접촉 상태를 단속할 수 있다.
상기 챔버의 크기, 상기 챔버들의 개수, 상기 챔버의 밀폐 공간 내의 압력은 상기 접촉 센서의 무게, 상기 피부와의 접촉력 등을 고려하여 결정될 수 있다. 또한, 상기 박막 구조물은 피대상체의 부착에 용이한 재료를 포함할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 예시적인 실시예들에 있어서, 접촉력 조절부(200)는 챔버(210)의 개방된 상단 둘레를 따라 연장하며 접촉층(130) 표면으로부터 돌출 형성된 돌출부(212)를 더 포함할 수 있다. 돌출부(212)는 챔버(210)의 가장자리에 형성되어 피부와의 접촉력을 증가시킬 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 능동형 피부 접촉 센서(10)는 상기 피부와의 접촉 여부를 검출하기 위한 접촉 검출부(400)를 더 포함할 수 있다. 접촉 검출부(400)는 챔버(210)의 개방된 상단 둘레에 형성된 검출 전극을 포함할 수 있다. 상기 검출 전극은 챔버(210)의 개방된 상단 둘레를 따라 이격 배치되는 전극 패턴들을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 센서는 상기 피부의 온도, 습도, 전기 전도도, pH, 탄성도, 맥파 및 피부 표면의 화학 성분 중 적어도 어느 하나를 검출할 수 있다. 상기 센서는 지지층(120)에 구비되어 맥파를 측정하기 위한 제1 센서 및 접촉층(130) 표면에 구비되어 피부 상태를 측정하기 위한 제2 센서를 포함할 수 있다.
상기 제1 센서는 변형 영역(R)에 구비되어 외부 압력에 의한 변형 영역(R)의 변형을 측정할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 센서는 변형 영역(R) 내에서 지지층(120)을 사이에 두고 서로 이격 배치된 제1 압전 전극(300a) 및 제2 압전 전극(300b)을 구비하는 맥파 측정 센서(300)를 포함할 수 있다.
지지층(120)은 절연 물질을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 압전 전극들(300a, 300b)은 지지층(120)에 의해 서로 절연되고 이격될 수 있다. 제1 압전 전극(300a)은 지지층(120)의 상부면 상에 형성되고 제2 압전 전극(300b)은 지지층(120)의 하부면 상에 형성될 수 있다. 접촉층(130)은 제1 압전 전극(300a) 상에 형성되어 외부로부터 제2 압전 전극(300a)을 절연시킬 수 있다.
박막 구조물(100)의 변형 영역(R)이 피부의 국소 영역에 접촉되면, 맥파로 인하여 상기 박막 구조물에 압력이 가해져서 상기 박막 구조물은 변형이 일어날 수 있다. 이 때, 제1 및 제2 압전 전극들(300a, 300b) 사이의 전압차를 측정하여 맥파의 세기 및 주파수를 측정할 수 있다.
지지층(120)은 제1 두께를 가질 수 있고, 접촉층(130)은 상기 제1 두께보다 작은 제2 두께를 가질 수 있다. 지지층(120), 접촉층(130)과 제1 및 제2 압전 전극들(300a, 300b)의 재질 및 두께, 그리고 기판(100)의 구조를 변화시켜 맥파 측정 센서(300)의 압력 측정 가능 범위, 감도 등을 변화시킬 수 있다. 따라서, 맥파 측정 센서(300)의 크기, 압력 측정 가능 범위 등을 이용하고자 하는 어플리케이션에 적합하도록 변화시킬 수 있다.
예를 들면, 동맥압의 변화를 감지하여 맥파를 측정하는 경우, 동맥압의 인체의 위치에 관계없이 거의 동일하다고 알려져 있으므로, 정상인의 혈압 범위로 알려진 약 80 내지 120mmHg의 압력 범위를 포함하며, 운동 시 그리고 저혈압의 경우를 고려하여 약 40 내지 240mmHg의 압력 범위를 측정할 수 있도록 소자의 구조 및 재료를 결정할 수 있다.
상기 제2 센서는 박막 구조물(100)의 지지 영역(S) 상에 구비되며 피부와 접촉하여 피부 전도도를 측정하기 위한 피부 전도도 센서(320)를 포함할 수 있다.
피부 전도도 센서(320)는 양극 방식의 제1 및 제2 측정 전극들(320a, 320b)을 포함할 수 있다. 제1 측정 전극(320a) 및 제2 측정 전극(320b)은 박막 구조물(100)의 지지 영역(S) 상에 형성될 수 있다. 제1 및 제2 측정 전극들(320a, 320b)은 접촉층(130) 상에 변형 영역(R)을 사이에 두고 서로 이격될 수 있다.
또한, 상기 제2 센서는 피부 온도를 측정하기 위한 온도 측정 센서(330)를 더 포함할 수 있다. 온도 측정 센서(330)는 박막 구조물(100)의 지지 영역(S) 상에 형성된 온도 측정 전극을 포함할 수 있다.
예를 들면, 제1 측정 전극(320a)은 지지 영역(S)의 상기 제1 영역 상에 배치될 수 있고, 제2 측정 전극(320b)은 지지 영역(S)의 상기 제2 영역 상에 배치될 수 있다. 상기 온도 측정 전극은 지지 영역(S)의 상기 제3 영역 상에 배치될 수 있다.
피부 전도도는 사람의 피부 위에서의 전기적 변화를 나타내는 물리량일 수 있다. 사람이 스트레스를 받을 시 사람의 자율 신경계의 교감신경이 흥분하게 되는데, 이 교감 신경의 흥분에 따라 에크린 땀샘의 활동이 활발해 질 수 있다. 에크린 땀샘은 사람의 손바닥 및 발바닥에 주로 분포해 있기 때문에, 사람의 손바닥 및 발바닥의 땀샘의 활동을 측정하면 스트레스에 의한 교감 신경계의 흥분 정도를 알 수 있다.
양극 방식의 제1 및 제2 측정 전극들(320a, 320b)은 교감 신경의 흥분에 따라 변화하는 에크린 땀샘의 활동에 따른 피부 습도 변화에 따라 발생하는 피부 표면의 저항의 크기 변화를 감지할 수 있다.
상기 제2 센서는 박막 구조물(100)의 변형 영역(R) 상에 구비되었지만, 이에 제한되지는 않고, 상기 제2 센서는 박막 구조물(100)의 지지 영역(S) 상에 구비될 수 있다. 또한, 기판(110)이 생략된 경우, 상기 제2 센서의 위치는 특정 영역에 제한되지 않음을 이해할 수 있을 것이다.
예시적인 실시예들에 있어서, 능동형 피부 접촉 센서(10)는 상기 구동부 및 상기 센서에 연결되어 제어 신호 및 검출 신호를 처리하기 위한 제어 회로부를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 기판(110)에는 상기 제어 회로부를 위한 회로가 형성되거나 칩셋이 실장될 수 있다. 또한, 상기 칩셋에 전원을 인가하기 위한 배터리가 실장될 수 있다.
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 능동형 피부 접촉 센서를 나타내는 분해 사시도이다. 도 8은 도 7의 능동형 피부 접촉 센서의 지지층을 나타내는 평면도이다. 도 9는 도 7의 능동형 피부 접촉 센서의 접촉력 조절부를 나타내는 단면도이다. 상기 능동형 피부 접촉 센서는 접촉력 조절부의 구성을 제외하고는 도 1을 참조로 설명한 능동형 피부 접촉 센서와 실질적으로 동일하거나 유사하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 능동형 피부 접촉 센서(11)의 접촉력 조절부(200)는 접촉층(130) 표면에 상기 피부와 접촉하여 밀폐 공간(A)을 형성하는 오목형 챔버(210) 및 챔버(210) 내의 압력을 변화시켜 상기 피부와의 접촉력을 조절하기 위한 구동부를 포함할 수 있다. 상기 구동부는 챔버(210) 내에 유체를 공급하여 압력을 가변시키기 위한 유압 제어 채널(230)을 포함할 수 있다.
예를 들면, 유압 제어 채널(230)은 챔버(210)에 의해 노출된 지지층(120)의 표면에 형성된 리세스를 포함할 수 있다. 상기 리세스는 챔버(210)의 하단에 연통될 수 있다. 유압 제어 채널(230)은 연결 채널(232)을 통해 유압 제어 장치(234)에 연결될 수 있다. 유압 제어 장치(234)는 유압 제어 채널(230)을 통해 챔버(210)의 내에 양압 또는 음압을 형성할 수 있다.
피부가 챔버(210)와 접촉하여 밀폐 공간을 형성한 후에 유압 제어 채널(230)을 통해 상기 밀폐 공간 내의 압력을 감소시켜 상기 피부와의 접촉력을 증가시킬 수 있다. 이와 반대로, 피부가 챔버(210)와 접촉하여 밀폐 공간을 형성한 후에 유압 제어 채널(230)을 통해 상기 밀폐 공간 내의 압력을 증가시켜 상기 피부와의 접촉력을 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 접촉력 조절부(200)는 공압과 같은 유압을 이용하여 피부(S)와의 접촉 상태를 단속할 수 있다.
도 10은 예시적인 실시예들에 따른 능동형 피부 접촉 센서의 지지층을 나타내는 평면도이다. 상기 능동형 피부 접촉 센서는 맥파 측정 센서의 구성을 제외하고는 도 1을 참조로 설명한 능동형 피부 접촉 센서와 실질적으로 동일하거나 유사하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 10을 참조하면, 능동형 피부 접촉 센서의 맥파 측정 센서는 지지층(120) 상에 구비되어 맥파를 측정하기 위한 적어도 하나의 압저항 전극(302)을 포함할 수 있다.
예를 들면, 4개의 압저항 전극들(302)은 변형 영역(R)의 경계 부분에 대응하도록 지지층(120) 상에 배치될 수 있다. 지지층(120) 상에는 측정 패드들(306) 및 연결 배선들(304)이 패터닝되어 형성될 수 있다. 압저항 전극들(302)은 연결 배선들(304)에 의해 측정 패드들(306)에 각각 연결되어 외부 압력에 의해 변형 영역(R)이 변형될 때 압저항 전극들(302)의 저항 변화를 측정할 수 있다.
압저항 전극들(302)은 변형 영역(R)의 경계 부분, 즉 압력 변화에 따른 기계적 스트레스의 변화가 가장 큰 부분에 배치시켜 가해지는 압력의 크기를 측정할 수 있다.
도 11은 예시적인 실시예들에 따른 능동형 피부 접촉 센서의 지지층을 나타내는 평면도이다. 상기 능동형 피부 접촉 센서는 맥파 측정 센서의 구성을 제외하고는 도 1을 참조로 설명한 능동형 피부 접촉 센서와 실질적으로 동일하거나 유사하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 11을 참조하면, 능동형 피부 접촉 센서의 맥파 측정 센서는 지지층(120) 상에 구비되어 맥파를 측정하기 위한 광학식 맥파 측정 센서를 포함할 수 있다. 상기 광학식 맥파 측정 센서는 지지층(120) 상에 서로 이격 배치된 발광 소자(310) 및 수광 소자(312)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 광학식 맥파 측정 센서는 수신된 광 신호의 크기 변화를 측정하여 맥파를 측정할 수 있다.
도 12는 예시적인 실시예들에 따른 능동형 피부 접촉 센서를 나타내는 평면도이다. 상기 능동형 피부 접촉 센서는 피부 전도도 센서를 제외하고는 도 1을 참조로 설명한 피부 접촉 센서와 실질적으로 동일하거나 유사하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 12를 참조하면, 능동형 피부 접촉 센서(12)의 피부 전도도 센서(340)는 정전 용량 방식의 측정 전극을 포함할 수 있다.
상기 정전 용량 방식의 피부 전도도 측정 전극은 에크린 땀샘의 활동에 따른 피부 습도 변화에 따라 인터디지털(interdigital) 전극 사이의 유전체의 유전율이 변화하게 되며, 유전율의 변화에 따른 정전용량의 크기 변화를 통하여 피부전도도를 측정할 수 있다.
도 13은 예시적인 실시예들에 따른 능동형 피부 접촉 센서를 나타내는 평면도이다. 상기 능동형 피부 접촉 센서는 접촉력 조절부들 및 센서들의 배열을 구조를 제외하고는 도 1을 참조로 설명한 피부 접촉 센서와 실질적으로 동일하거나 유사하다. 이에 따라, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 13을 참조하면, 능동형 피부 접촉 센서(13)는 제1 및 제2 변형 영역들(R1, R2)을 갖는 박막 구조물, 제1 및 제2 변형 영역들(R1, R2) 사이 및 양측에 배치되어 피부와의 접촉력을 조절하기 위한 접촉력 조절부들(200), 및 상기 피부의 상태를 측정하기 위한 센서를 포함할 수 있다.
접촉력 조절부들(200)은 제1 및 제2 변형 영역들(R1, R2) 사이에 배치된 제1 그룹의 접촉력 조절부들, 및 제1 및 제2 변형 영역들(R1, R2) 양측에 각각 배치된 제2 및 제3 그룹의 접촉력 조절부들을 포함할 수 있다.
상기 센서는 제1 및 제2 변형 영역들(R1, R2) 내에 각각 배치된 제1 및 제2 맥파 측정 센서들을 포함할 수 있다. 상기 제1 맥파 측정 센서는 제1 변형 영역(R1)에서의 맥파를 측정하고, 상기 제2 맥파 측정 센서는 제2 변형 영역(R2)에서의 맥파를 측정할 수 있다.
따라서, 상술한 바와 같이, 능동형 피부 접촉 센서(13)는 인체의 국소 영역에서 혈관 배치에 따라 여러 개의 맥파 측정 센서들을 포함할 수 있다. 맥파 측정의 경우, 동맥 혈관 위에서 맥파를 측정할 경우 신호의 왜곡이 적고 정확한 신호를 측정할 수 있는 것으로 알려져 있기 때문에, 상기 맥파 측정 센서들을 동맥 혈관 위에 정확히 배치시킬 수 있는 구조를 갖도록 하여 보다 정확하게 맥파를 측정할 수 있다.
예를 들면, 고유바닥쪽손가락동맥(proper palmar digital arteries)으로부터 맥파를 측정할 경우, 동맥 혈관이 손가락의 양측면을 따라 배치되어 있으므로, 상기 제1 및 제2 압력 측정부들을 손가락의 양측면에 각각 접촉시켜 맥파를 측정할 경우 하나의 압력 측정부를 이용할 경우에 비하여 보다 정확한 신호를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 능동형 피부 접촉 센서는 인간의 심리적 생리적 상태를 분석하기 위하여 미세가공기술을 이용하여 제조된 단일 소자를 제공할 수 있다.
또한, 상기 피부 접촉 센서는 인간의 심리적 생리적 상태를 측정하기 위한 세 가지 데이터를 동시에 인체의 피부 국소 영역에서 측정할 수 있는 구조를 가지고 있으므로, 측정 장치가 피험자의 감정에 주는 영향을 최소화함으로써 보다 정확한 인간의 심리적 상태 측정이 가능하며, 장기적 스트레스 지표인 심박 변화도를 구하기 위한 맥파, 단기적 혐오자극에 대한 지표인 피부 전도도의 동시 측정이 가능하다.
이에 따라, 스트레스를 비롯한 인간의 심리적 변화에 대한 생리학적 지표들 간의 상관관계에 대한 데이터 분석을 통해 인간의 상태/의도 감지를 쉽고 간편하게 수행할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10, 11, 12, 13: 능동형 피부 접촉 센서
100: 박막 구조물 110: 기판
112: 개구부 120: 지지층
130: 접촉층 200: 접촉력 조절부
210: 챔버 212: 돌출부
220: 히터 230: 유압 제어 채널
232: 연결 채널 234: 유압 제어 장치
300: 맥파 측정 센서 300a, 300b: 압전 전극
302: 압저항 전극 304: 측정 패드
306: 측정 패드 310: 발광 소자
312: 수광 소자 320, 340: 피부 전도도 센서
320a, 320b: 피부 전도도 측정 전극 330: 온도 측정 센서
400: 접촉 검출부

Claims (20)

  1. 지지층;
    상기 지지층 상에 구비되며, 피부와 접촉하는 접촉층;
    상기 접촉층 표면에 상기 피부와 접촉하여 밀폐 공간을 형성하는 오목형 챔버 및 상기 챔버 내의 압력을 변화시켜 상기 피부와의 접촉력을 조절하기 위한 구동부를 구비하는 적어도 하나의 접촉력 조절부; 및
    상기 피부의 상태를 측정하기 위한 센서를 포함하는 능동형 피부 접촉 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 구동부는 상기 챔버 내의 온도를 가변시키기 위한 히터를 포함하는 능동형 피부 접촉 센서.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 구동부는 상기 챔버 내에 유체를 공급하여 압력을 가변시키기 위한 유압 제어 채널을 포함하는 능동형 피부 접촉 센서.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 접촉력 조절부는 상기 챔버의 개방된 상단 둘레를 따라 연장하며 상기 접촉층 표면으로부터 돌출 형성된 돌출부를 더 포함하는 능동형 피부 접촉 센서.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버의 개방된 상단 둘레에 형성된 검출 전극을 포함하고 상기 피부와의 접촉 여부를 검출하기 위한 접촉 검출부를 더 포함하는 능동형 피부 접촉 센서.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 검출 전극은 상기 챔버의 개방된 상단 둘레를 따라 이격 배치되는 전극 패턴들을 포함하는 능동형 피부 접촉 센서.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 센서는 상기 피부의 온도, 습도, 전기 전도도, pH, 탄성도, 맥파 및 피부 표면의 화학 성분 중 적어도 어느 하나를 검출하는 능동형 피부 접촉 센서.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 센서는 상기 지지층에 구비되어 맥파를 측정하기 위한 제1 센서 및 상기 접촉층 표면에 구비되어 피부 상태를 측정하기 위한 제2 센서를 포함하는 능동형 피부 접촉 센서.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버는 복수 개가 어레이 형태로 배열되는 능동형 피부 접촉 센서.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 구동부 및 상기 센서에 연결되어 제어 신호 및 검출 신호를 처리하기 위한 제어 회로부를 더 포함하는 능동형 피부 접촉 센서.
  11. 피부와 접촉하는 박막 구조물;
    상기 박막 구조물 표면에 상단이 개방되도록 형성된 흡착 챔버 및 상기 흡착 챔버 내의 압력을 변화시켜 상기 피부와의 접촉력을 조절하기 위한 구동부를 구비하는 적어도 하나의 접촉력 조절부; 및
    상기 피부의 상태를 측정하기 위한 센서를 포함하는 능동형 피부 접촉 센서.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 구동부는 열공압 또는 공압 방식으로 상기 흡착 챔버 내의 압력을 변화시키는 능동형 피부 접촉 센서.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 구동부는 상기 흡착 챔버 내의 온도를 가변시키기 위한 히터를 포함하는 능동형 피부 접촉 센서.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 구동부는 상기 흡착 챔버 내에 유체를 공급하여 압력을 가변시키기 위한 유압 제어 채널을 포함하는 능동형 피부 접촉 센서.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 접촉력 조절부는 상기 흡착 챔버의 개방된 상단 둘레를 따라 연장하며 상기 접촉층 표면으로부터 돌출 형성된 돌출부를 더 포함하는 능동형 피부 접촉 센서.
  16. 제 11 항에 있어서, 상기 흡착 챔버의 개방된 상단 둘레에 형성된 검출 전극을 포함하고 상기 피부와의 접촉 여부를 검출하기 위한 접촉 검출부를 더 포함하는 능동형 피부 접촉 센서.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 센서는 상기 피부의 온도, 습도, 전기 전도도, pH, 탄성도, 맥파 및 피부 표면의 화학 성분 중 적어도 어느 하나를 검출하는 능동형 피부 접촉 센서.
  18. 제 11 항에 있어서, 상기 센서는 피부 상태를 측정하기 위한 제1 센서 및 맥파를 측정하기 위한 제2 센서를 포함하는 능동형 피부 접촉 센서.
  19. 제 11 항에 있어서, 상기 흡착 챔버는 복수 개가 어레이 형태로 배열되는 능동형 피부 접촉 센서.
  20. 제 11 항에 있어서, 상기 구동부 및 상기 센서에 연결되어 제어 신호 및 검출 신호를 처리하기 위한 제어 회로부를 더 포함하는 능동형 피부 접촉 센서.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210047437A (ko) * 2019-10-21 2021-04-30 연세대학교 산학협력단 반응성 표시 소자 및 이의 제조 방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113143206B (zh) * 2021-02-23 2023-08-01 添可智能科技有限公司 护理设备、弹性检测设备及检测方法
CN117045207B (zh) * 2023-10-13 2023-12-29 深圳汉威物联有限公司 压力检测结构、皮肤水分检测仪及其检测方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013075270A1 (zh) * 2011-11-25 2013-05-30 Yang Chang-Ming 一种侦测心跳或电极接触良好与否的物品、方法及系统
KR101465016B1 (ko) * 2013-04-04 2014-12-04 한국과학기술원 발한량 측정 장치 및 발한량 측정 방법
KR101402820B1 (ko) * 2013-04-05 2014-06-27 한국과학기술원 피부 접촉 센서
KR20160080058A (ko) * 2014-12-29 2016-07-07 성균관대학교산학협력단 건식 접착 시스템 및 이를 포함하는 피부접착용 웨어러블 소자
KR101797907B1 (ko) * 2015-07-08 2017-11-15 조선대학교산학협력단 생체 정보 측정 센서 및 이를 포함하는 의류

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210047437A (ko) * 2019-10-21 2021-04-30 연세대학교 산학협력단 반응성 표시 소자 및 이의 제조 방법

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