KR20230174701A - 유연 압력센서 및 모듈 기반 근감소증 진단용 악력 측정 장갑 - Google Patents

Abstract

본 발명은 근감소증 진단을 위한 유연 압력센서 및 이를 결합한 모듈에 관한 것으로, 마찰전기를 기반으로 압력의 크기를 측정하는 센서, 복수개의 센서가 2차원 평면 상에서 서로 소정의 간격으로 배치되는 장갑, 센서와 전기적으로 연결되어 압력의 크기를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 변환모듈 및 변환모듈과 전기적으로 연결되어 상기 압력의 크기를 장갑에 배치된 복수개의 센서와 일대일 대응되도록 2차원 평면 상에서 시각적으로 출력하는 모니터링부를 포함하여 구비되고, 발열장치, 악력판정부 및 전자석을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 용액공정 기반의 반도체 공정을 통해 제작된 센서를 이용하여 전력 소비를 최소화하며 이물감을 최소화하고 실질 동작 기반의 데이터로 악력을 모니터링 할 수 있으며, 발열장치를 통해 압력의 크기 및 주변압력을 시각적으로 파악할 수 있고, 악력판정부를 통해 사용자가의 악력 정도를 시작적으로 색상을 통해 확인할 수 있으며, 전자석을 활용하여 센서를 고정하여 더욱 정확하게 악력을 측정할 수 있고, 전자석의 악력 보충 모드를 이용하여 사용자의 악력을 보조하여 사용자가 물건을 손쉽게 들 수 있도록 할 수 있다.

Description

유연 압력센서 및 모듈 기반 근감소증 진단용 악력 측정 장갑 {GRIP STRENGTH MEASUREMENT GOLVES FOR DIAGNOSING SARCOPENIA BASED ON A FLEXIBLE PRESSURE SENSOR AND MODULE}

본 발명은 근감소증 진단을 위한 유연 압력센서 및 이를 결합한 모듈에 관한 것이다. 보다 자세하게는 장갑을 기반으로 악력을 측정함으로써 근감소증을 진단하기 위한 유연 압력센서 및 모듈에 관한 것이다.

근감소증은 팔 다리 등을 구성하는 골격근이 크게 줄어드는 증상을 의미하는 질병의 명칭으로, 노화로 인한 근육세포의 감소와 활동부족을 원인으로 한다. 근감소증이 발명하게 되면 에너지 비축 능력이 떨어져 쉽게 피로감을 느끼고, 기초 대사량이 줄어들어 체중이 자주 변하고 살이 쉽게 찐다. 또한, 혈당 변동 폭이 커지고 당뇨환자는 혈당 조절에 어려움을 겪으며, 어지럽고 자주 넘어지며 뼈가 약해지는 등의 증상을 동반한다. 근육이 감소하므로 신체반응이 느려지고 균형을 잡는 데 어려움을 겪기도 하며, 사망위험이 높아지는 위험한 질병이다.

이러한 근감소증을 진단하기 위해 환자의 근력을 측정하는 방법을 사용하게 된다. 일반적인 근감소증 진단용 장치-악력계는 환자의 악력을 실시간으로 감지하여 모니터링하는 것으로, 압력을 정확하고 정밀하게 감지 및 측정하는 것이 중요하다. 이를 위해 종래의 악력계들은 Digital 방식으로 작동하고, 배터리가 내장되어 있거나 충전식으로 반영구적으로 사용할 수 있도록 개발되었다.

그러나, 이러한 종래의 방식은 악력 측정 시 일관성과 정확도가 떨어지는 문제점이 있었다. 특히, 연속으로 악력을 측정하려 할 때 손의 힘이 쉽게 빠진다고 호소하는 환자들의 의견을 볼 때, 일관성에 명백한 한계가 있음을 확인할 수 있다. 이에 더해, 악력계 자체 무게중심이 한 쪽으로 치우쳐져 있는 경우가 대부분이라, 팔을 수직으로 두고 측정할 때 자체 무게로 인해 손 전체에 누적되는 피로의 증가도가 크고, 사용자마다 악력계를 잡는 방법이 달라진다는 문제점 역시 있었다. 이 경우, 대체로 팔을 수직으로 놓은 상태에서 재는 것이 팔을 수평으로 펴서 재는 것에 비해 악력 값이 작게 나오는 경향이 있어 측정의 일관성 및 정확도에 한계가 있음을 확인할 수 있다. 또한, 종래의 악력계들은 측정 당시의 근력을 확인하는 용도로는 적합할 수 있으나 데이터들을 저장하여 비교분석하는 것이 불가능하므로, 근감소증을 진단하기에는 다소 무리가 있었다.

상기와 같은 한계를 해결하기 위해, 본 발명에서는 저가로 대량생산이 가능한 용액공정 기반의 반도체 공정을 이용하여 제작한 유연 압력센서 및 상기 유연 압력센서가 부착되고, 민감도가 우수하며 이물감이 적은 모듈을 포함하는 악력 측정 시스템을 제공하고자 한다.

선행문헌 1 : 대한민국 등록특허 제10-2107829호 (2020년 04월 28일 등록) 선행문헌 2 : 대한민국 등록특허 제10-1840411호 (2018년 03월 14일 등록)

본 발명의 기술적 과제는 종래 악력계에 비해 일관성 및 정확도가 향상된 악력 측정 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 측정된 악력을 log file의 형태로 저장하여 2차원 평면 상에서 시각적으로 출력하는 악력 측정 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 용액공정 기반의 반도체 공정을 이용하여 제작할 수 있는 센서를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는 종래 센서에 비해 감도가 향상된 센서를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는 발열장치를 통해 압력의 크기 및 주변압력을 시각적으로 파악하는 것이다.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는 악력판정부를 통해 적정 악력 여부를 판단하는 것이다.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는 전자석을 구비하여 압력을 더욱 정확히 측정하는 것이다.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는 전자석의 악력 보충 모드를 통해 사용자의 부족한 악력을 보충하도록 돕는 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 마찰전기를 기반으로 압력의 크기를 측정하는 센서, 외측 또는 내측 표면에 복수개의 상기 센서가 서로 소정의 간격으로 이격되도록 부착되는 장갑, 센서와 전기적으로 연결되어 압력의 크기를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 변환모듈 및 변환모듈과 전기적으로 연결되어 상기 압력의 크기를 장갑에 부착된 복수개의 센서와 일대일 대응되도록 2차원 평면 상에서 시각적으로 출력하는 모니터링부를 포함하는 악력 측정 시스템을 제공한다.

또한, 센서와 연결되어 상기 압력의 크기에 따라 열을 발생시키는 발열장치를 더 포함하고, 발열장치에 발생된 열을 열화상 카메라로 촬영하여 상기 압력에 따라 발생한 열의 온도를 측정하여 상기 센서에 발생한 압력의 크기를 파악하는 것을 특징으로 하는 악력 측정 시스템을 제공한다.

또한, 발열장치와 접촉하도록 구비되어 열을 전달받고, 소정의 제1 임계온도보다 높은 온도에 도달하면 소정의 제1 각도로 변형되며, 소정의 제1 임계온도보다 더 높은 온도인 소정의 제2 임계온도보다 높은 온도에 도달하면 소정의 제1 각도보다 더 큰 소정의 제2 각도로 변형되는 것을 특징으로 하는 형상기억합금 소재의 누름장치를 더 포함하고,

누름장치는, 소정의 제1 임계온도보다 높은 온도에 도달하여 소정의 제1 각도로 변형되면, 누름장치가 푸시 버튼으로 구비되는 제1 스위치를 눌러서 켜고, 소정의 제2 임계온도보다 높은 온도에 도달하여 소정의 제2 각도로 변형되면 누름장치가 푸시 버튼으로 구비되는 제2 스위치를 눌러서 켜는 것을 특징으로 하며,

제1 스위치 또는 제2 스위치가 켜지면, 악력측정시 악력의 정도를 직관적으로 파악하도록 하는 악력판정부를 동작시키는 것을 특징으로 하는 악력 측정 시스템을 제공한다.

또한, 악력판정부는, 제1 스위치와 상기 제2 스위치가 켜진 것을 감지하여 악력의 정도를 판단하는 감지부를 포함하고, 감지부에서 제1 스위치가 켜진 것을 감지하면 소정의 제1 색을 발광하고, 상기 제2 스위치가 켜지면 소정의 제2 색을 발광하여 상기 센서에 감지되는 압력의 정도를 색으로 표시하는 발광부를 포함하는 것을 특징으로 하는 악력 측정 시스템을 제공한다.

또한, 복수의 상기 센서 각각에 대응되는 전자석을 더 포함하고,

상기 센서에 압력이 감지되는 경우 상기 전자석에 전류가 인가되어 자력이 발생되는 것을 특징으로 하고, 전자석은 센서를 감싸도록 상기 센서의 주변에 배치되며, 장갑으로 악력을 측정할 때 금속 재질이거나, 내부에 금속을 구비한 물체를 상기 장갑을 낀 손으로 파지하여 측정하고, 전자석이 상기 물체에 고정되어 악력측정시 상기 센서 위치를 고정하여 정확한 위치 및 각도로 악력이 측정되는 것을 특징으로 하는 악력 측정 시스템을 제공한다.

또한, 전자석은 악력 보충 모드를 더 포함하는 것을 특징으로 하고, 전자석이 악력 보충 모드로 동작하면, 센서에 압력이 감지되지 않는 위치의 전자석에 전류를 인가하여 자력을 발생시켜서 압력이 부족한 부분의 전자석이 금속물체에 부착되어 사용자의 악력을 보충하도록 돕는 것을 특징으로 하는 악력 측정 시스템을 제공한다.

또한, 전자석은 악력 보충 모드에서, 전자석에 자력이 발생될 때 전자석 중에 일부가 서로 다른 극으로 구비되고, 서로 다른 극으로 구비된 전자석이 서로 맞닿거나 인접하면 인력이 작용하여 사용자가 들어올리는 물건이 금속물체가 아닌 경우에도 사용자의 악력을 보충하도록 돕는 것을 특징으로 하는 악력 측정 시스템을 제공한다.

본 발명에 따르면, 복수개의 센서가 장갑의 표면에 서로 소정의 간격으로 이격되도록 배치되므로, 보다 정확하고 정밀하게 악력 측정이 가능하여, 일관되고 정확한 악력 측정값을 데이터화할 수 있다.

본 발명에 따르면, 장갑과 센서만으로 무게가 형성되므로 사용 시 손의 피로도가 적고, 파손의 우려가 적다.

본 발명에 따르면, 종래 센서에 비해 감도가 향상된 센서가 제공되므로, 장갑 착용 시 센서로 인한 이물감을 최소화할 수 있다.

본 발명에 따르면, 센서는 장갑으로부터 탈부착이 가능하게 구비되므로 장갑을 교체 또는 세탁하기 용이하므로, 범용성이 뛰어나다.

본 발명에 따르면, 복수개의 센서와 전기적으로 연결된 모니터링부에 탑재된 소프트웨어를 통해, 사용자의 악력을 평균과 표준편차 값 등의 데이터로 연산하여 실시간으로 확인할 수 있다.

본 발명에 따르면, 용액공정 기반의 반도체 공정을 통해 센서를 제작할 수 있으므로, 제작비를 절감하고 대량으로 생산할 수 있다.

본 발명에 따르면, 외부 전력 공급이 불필요한 센서가 제공되므로, 전력 소비를 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 사용자의 악력 데이터를 공유하는 플랫폼을 구축하여 플랫폼에 연결된 사용자와 의료 업체에 데이터를 제공함으로써 의료 및 복지 시설 등에 활용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 압력을 다양한 방식으로 확인할 수 있으며, 단순히 한 지점이 아니라 압력의 전체적인 분포를 확인할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 사용자의 악력의 정도를 시각적으로 색상을 통해 확인할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 전자석을 활용하여 센서를 고정하여 더욱 정확하게 악력을 측정할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 전자석의 악력 보충 모드를 이용하여 사용자의 악력을 보조하여 사용자가 물건을 손쉽게 들 수 있도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 악력 측정 시스템의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 악력 측정 시스템의 일 사용 예를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 일 사용 예에서 장갑에 부착된 센서가 압력을 측정하는 원리를 나타내는 단면확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 악력 측정 시스템에서 압력을 측정하는 흐름을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 악력 측정 시스템의 발열장치 및 열화상 카메라를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 악력 측정 시스템의 누름장치가 온도에 따라 변형되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 악력 측정 시스템의 악력판정부를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 악력 측정 시스템의 시스템의 전자석을 나타내는 도면이다.

본 발명의 목적 및 효과는 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이나 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 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 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한 도면에서 본 발명을 명확하게 개시하기 위해서 본 발명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에서 동일하거나 유사한 부호들은 동일하거나 유사한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 악력 측정 시스템의 전체 구성을 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 악력 측정 시스템은 압력을 측정하는 센서(100), 센서(100)가 부착되는 장갑(200), 센서(100)가 측정한 압력의 크기를 전기적 신호로 변환하는 변환모듈(300) 및 변환모듈(300)이 변환한 신호를 입력 받아 압력의 크기를 시각적으로 출력하는 모니터링부(400)를 포함하여 구성된다.

센서(100)는 마찰전기를 기반으로 압력의 크기를 측정하는 구성이다. 이를 위해, 센서(100)는 압력센서(100)로 구비되고, 마찰전기를 발생시킬 수 있는 구성을 포함하여 구비된다. 상세하게, 센서(100)는 후술할 장갑(200)에 배치되어, 장갑(200)을 착용한 사용자의 손의 움직임에 따른 악력 변화를 측정함으로써 사용자의 악력을 실시간으로 모니터링하도록 구비된다.

장갑(200)은 외측 또는 내측 표면에 복수개의 센서(100)가 서로 소정의 간격으로 이격되도록 부착되는 구성이다. 상세하게, 복수개의 센서(100)가 장갑(200)의 외측 또는 내측 표면에 서로 소정의 간격으로 이격되어 배치된다. 바람직한 실시예로, 장갑(200)의 각 손가락의 말단부에 5개의 센서(100)를 부착하고, 각 손가락의 아래쪽에 대응되는 손바닥의 상부에 5개의 센서(100)를 부착하여 총 10개의 센서(100)를 장갑(200)의 외측 표면에 배열할 수 있다. 이 때, 각 센서(100)에 일대일 대응되도록 전선(150)을 연결하여 후술할 변환모듈(300)과 센서(100)가 전기적으로 연결될 수 있도록 한다. 도 1에는 센서(100)가 장갑(200)의 외측 표면에 노출되도록 도시되었으나, 센서(100)는 장갑(200)의 내측 표면에 배치될 수 있다.

변환모듈(300)은 센서(100)와 전기적으로 연결되어 압력의 크기를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 구성이다. 상세하게, 센서(100)와 연결된 전선(150)이 변환모듈(300)에 연결됨으로써, 센서(100)가 측정한 압력의 크기를 변환모듈(300)이 전달받도록 구비된다.

모니터링부(400)는 변환모듈(300)과 전기적으로 연결되어 압력의 크기를 장갑(200)에 부착된 복수개의 센서(100)와 일대일 대응되도록 2차원 평면 상에서 시각적으로 출력하는 구성이다. 상세하게, 변환모듈(300)과 유선 또는 무선을 통해 전기적으로 연결되어, 변환모듈(300)이 생성한 전기적 신호를 입력받아 장갑(200)에 부착된 복수개의 센서(100)의 압력값이 2차원 평면 상에 시각적으로 출력하도록 구비된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 악력 측정 시스템의 일 사용 예를 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 일 사용 예에서 장갑(200)에 부착된 센서(100)가 압력을 측정하는 원리를 나타내는 측면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 장갑(200)을 착용하여, 손바닥 부분에 마사지볼 등의 대상물을 쥐어 악력을 측정하게 된다. 상세하게, 사용자가 손을 움켜 대상물을 쥐게 되면, 대상물과 접촉하는 센서(100)에 압력이 가해지게 되고 이를 통해 사용자의 악력을 측정할 수 있게 된다.

도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 악력 측정 시스템은 발열장치(500)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

발열장치(500)는 센서(100)와 연결되어 센서(100)에 감지되는 압력의 크기에 따라 열을 발생시키는 구성이다. 이때, 발열장치(500)는 압력을 받으면 열을 내는 재질을 이용할 수도 있고, 센서(100)에서 압력의 크기를 전기적 신호로 변환하는 변환모듈(300)에서 받는 신호의 크기를 통해 압력의 크기를 열로 변환하도록 구비될 수 있으며, 센서(100)에서 직접 압력의 크기를 전달받아 열을 내도록 구비될 수 있다. 다만, 센서(100)에서 직접 압력의 크기를 전달받아 열을 내는 것이 센서(100)에 입력된 압력을 좀 더 정확하게 반영할 수 있기 때문에 센서(100)에서 압력의 크기를 전달받는 방식이 바람직하다.

발열장치(500)는 각각의 센서(100)와 대응되도록 구비되며, 복수의 센서(100)가 구비되는 경우 각각의 센서(100)와 연결되는 복수개의 발열장치(500)가 구비될 수 있고, 발열장치(500)는 복수개의 센서(100)가 배치된 형태로 배치되어 각각의 센서(100)가 위치한 곳의 압력을 나타내도록 구비될 수 있으며, 한 개의 발열장치(500)에 전체 센서(100)가 연결되어 복수의 센서(100)에서 입력되는 압력의 총량을 발열장치(500)의 온도로 표시되도록 하는 것도 가능하다. 다만, 복수개의 센서(100)가 배치된 형태로 배치되어 각각의 센서(100)가 위치한 곳의 압력을 나타내는 것이 전체 압력의 분포를 알 수 있어 바람직하며, 발열장치(500)가 센서(100)가 배치되는 형태로 배치되는 경우, 발열장치(500)가 설치되는 발열장치 고정부(510)가 더 구비될 수 있고, 해당 발열장치 고정부(510)는 열이 잘 전달되어 발열장치(500) 주변의 온도를 표현할 수 있도록 구비될 수 있다.

또한, 발열장치(500)를 통해 발생된 열을 열화상 카메라(520)로 촬영하여 압력에 따라 발생한 열의 온도를 측정하여 센서(100)에 발생한 압력의 크기를 파악할 수 있다. 이때, 열화상 카메라(520)뿐만 아니라 열을 측정할 수 있는 온도 센서(100) 등이 활용될 수 있지만, 열화상 카메라(520)를 이용하면 특정 부위의 온도만 확인하는 것이 아니라 발열장치(500)에 의해 생성된 중심부의 온도이외에도 주변에 퍼진 온도를 확인하여 그에 대응되는 주변 압력까지도 알 수 있다는 장점이 있기 때문에 열화상 카메라(520)를 이용하는 것이 바람직하다.

이와 같이 발열장치(500)에 발생하는 열을 통해 온도를 측정하여 압력의 크기를 확인하는 경우, 온도의 편차를 통해 디테일 하게 알 수 있고, 센서(100)가 있는 특정부위의 압력 수치를 알 수 있을 뿐만 아니라 온도의 차이를 통해 센서(100)의 주변으로 압력이 어떻게 분포되는지 전체적인 압력분포를 확인할 수 있으며, 이를 이미지화 하면 시각적으로 압력의 분포를 확인할 수 있으며 센서(100)만을 이용한 한가지 방식이 아닌 서로 다른 방식으로 압력을 확인하여 서로 다른 정보를 교차 확인할 수 있다. 또한, 압력에 따른 전압을 전달받아 온도를 변화시키기 때문에 순간적인 과전압 등의 오류가 있을 때도 바로 오류가 나타나지 않을 수 있다는 장점도 있다.

도 6을 참고하면, 본 발명에 따른 악력 측정 시스템은 형상기억합금 소재로 구비되는 누름장치(600), 제1 스위치(611) 및 제2 스위치(621)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

누름장치(600)는 형상기억합금 소재로 구비될 수 있고, 발열장치(500)와 접촉하도록 구비되어 열을 전달받을 수 있다. 누름장치(600)는 센서(100)에 소정의 압력 이상의 압력이 감지되면 발열장치(500)에서 열이 발생하고, 발열장치(500)에서 열을 전달받은 누름장치(600)의 온도가 소정의 임계온도보다 높은 온도가 발생되면, 누름장치(600)가 소정의 각도로 변형이 일어날 수 있고, 해당 변형에 의해 누름장치(600)가 스위치를 온 오프 하도록 할 수 있다.

형상기억합금 소재로 구비되는 누름장치(600)는 온도에 따른 변화에 의해 스위치를 온오프 할 수 있도록 다양한 형태로 구비될 수 있고, 온도의 변화에 따라 한쪽방향으로 소정의 각도로 휘어지거나, 형상기억합금 스프링으로 구비되어 온도 변화에 따라 길이가 달라지는 등의 방식을 통해 스위치를 물리적이나 전기적으로 온 오프 하도록 구비될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 온도의 변화에 따라 소정의 각도로 변형되어 물리적으로 스위치를 켜고 끄는 것을 기준으로 설명하며 다른 방식으로도 구비될 수 있음은 당연하다.

발열장치(500)는 센서(100)에 소정의 압력이 이상이 감지되면 발열장치(500)에서 열을 전달받은 누름장치(600)가 소정의 임계온도에 도달하고, 형상기억합금으로 구비된 누름장치(600)가 소정의 각도로 변형된다. 즉, 정해진 소정 압력 이상을 받으면 최종적으로 누름장치(600)가 변형되어 스위치를 동작시키는 동작을 수행하도록 하는 것이다. 이때, 소정의 압력은 설정된 압력에 도달하면 특정한 동작을 하도록 하기위한 압력이며, 본 발명의 일 실시예에서는 사용자가 물체(710)를 집을 때 내야하는 악력의 정상범위를 기준으로 선정될 수 있다.

한편 누름장치(600)가 변형되어 온 오프 할 수 있는 스위치가 하나 또는 복수개로 구비될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예 에서는 제1 스위치(611) 및 제2 스위치(621)로 스위치가 2개 구비되는 것을 기준으로 설명한다.

제1 스위치(611) 및 제2 스위치(621)가 구비되는 경우, 형상기억합금 소재로 구비되는 누름장치(600)는, 소정의 제1 임계온도에 도달하면 소정의 제1 각도(610)로 변형될 수 있고, 소정의 제1 임계온도보다 높은 소정의 제2 임계온도에 도달하면 소정의 제1 각도(610)보다 더 큰 소정의 제2 각도(620)로 변형될 수 있으며, 누름장치(600)가 제1 각도(610)로 변형되면 제1 스위치(611)를 켜고, 누름장치(600)가 제2 각도(620)로 변형되면 제2 스위치(621)를 켜도록 할 수 있다. 이처럼 제1 스위치(611) 및 제2 스위치(621)를 발열장치(500)의 변형에 따라 켜지고 꺼질 수 있도록 하면 각각의 스위치에 소정의 장치들이 각각 연결되어 해당 스위치가 켜지면 각각의 장치가 동작하도록 할 수 있고, 또는 하나의 장치가 두 스위치와 연결되어 서로 다른 동작을 하도록 구비될 수 있다. 이때, 제1 스위치(611)는 및 제2 스위치(621)는 푸시 버튼, 딥, 리드, 로커 슬라이드 등의 다양한 방식의 스위치로 구비될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 누름장치(600)가 변형에 의해 푸시 버튼을 누르는 방식이 적절하기 때문에 스위치가 푸시 버튼인 것을 기준으로 설명한다.

예를 들면, 누르는 동안만 스위치가 온 되는 푸시 버튼으로 구비되는 제1 스위치(611) 및 제2 스위치(621)를 누름장치(600)가 변형되어 소정의 제1 각도(610)로 변형되면 제1 스위치(611)를 누르고, 소정의 제2 각도(620)로 변형되면서 제1 스위치(611)는 누르지 않게 되면서 제2 스위치(621)를 누르게 되어 소정의 제1각도에서는 제1 스위치(611)를 누르고, 소정의 제2 각도(620)에서는 제2 스위치(621)를 누르게 되어 각각의 스위치에 연결되는 장치가 온 오프 되도록 할 수 있다. 다만, 스위치는 푸시 버튼으로 한정되지 않으며, 스위치를 누름장치(600)를 통해 켜고 끄는 방식도 누름장치(600)의 종류와 스위치의 종류에 따라 다양하게 구비될 수 있는 것은 당연하다.

또한, 누름장치(600)는 소정의 제1 임계온도와 제2 임계온도가 하나로 한정되는 것이 아니라 다양한 다른 제1 임계온도 및 제2 임계온도를 가지는 누름장치(600)가 구비될 수 있으며, 기존의 누름장치(600)를 기존의 누름장치(600)와 소정의 제1 및 제2 임계온도가 다르게 구비되는 누름장치(600)로 교체하는 것도 가능하다. 이처럼 누름장치(600)를 교체하면 누름장치(600)가 변형되는 온도가 달라지고, 누름장치(600)가 변형되기 위해 발열장치(500)로부터 받는 열의 양도 달라지며, 해당 열을 발생하기위해 센서(100)가 받아야하는 소정의 압력도 달라지게 된다. 따라서 결국 누름장치(600)가 변형되어 제1 스위치(611) 또는 제2 스위치(621)를 켜기 위해 센서(100)가 받아야하는 소정의 압력을 누름장치(600)를 교체하는 방식을 통해 변경할 수 있다.

본 발명의 일 실시에서는 상술한 제1 스위치(611) 및 제2 스위치(621)에 악력판정부가 연결되어 동작되는 것을 기준으로 설명한다.

도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 악력 판정 시스템은 악력판정부를 더 포함할 수 있으며, 악력판정부는 감지부 및 발광부를 포함하여 구성된다.

악력판정부는 악력을 측정하는 사용자의 악력의 정도를 색으로 차등을 두어 표시하여 직관적으로 센서(100)의 위치별로 악력의 정도를 확인할 수 있도록 구비된 구성이다.

감지부는 센서(100)에 감지된 압력에 의해 소정의 제1 또는 제2 임계온도에 도달하여 누름장치(600)가 변형되어 제1 또는 제2 스위치(621)를 켜지면 제1 또는 제2 스위치(621)가 켜진 위치들을 감지하는 구성이다. 감지부에서 제1 또는 제2 스위치(621)가 켜진 것이 감지되면, 발광부에서 서로 다른 소정의 제1 색 또는 제2 색을 발광하도록 할 수 있다. 또한, 감지부는 소정의 제1 스위치(611)와 제2 스위치(621)가 켜지는 위치들을 감지하고 종합하여 사용자의 악력의 분포를 파악하여 부족한 악력을 보충하기위해 해당하는 곳에 위치한 후술하게 될 전자석(700)을 동작하게 하여 악력을 보충하도록 할 수 있다.

발광부는 감지부에서 제1 스위치(611) 또는 제2 스위치(621)가 켜지면 제1 색 또는 제2 색을 발광하는 구성이다. 발광부는 다양한 발광체로 이루어질 수 있으나, 다양한 색을 발광하기 위해 LED로 구비되어 색을 내는 것이 바람직하다. 또한, 발광부는 모든 스위치가 켜지지 않았을 때, 색이 나타나지 않도록 할 수도 있지만, 소정의 색이 나타나게 할수도 있다. 예를 들면, 제1 스위치(611) 및 제2 스위치(621)가 켜지지 않은 경우, 발광부가 빨간색을 발광하고, 제1 스위치(611)만 켜진 경우 노란색을 발광하며, 제2 스위치(621)가 켜진 경우 초록색을 발광하여 악력의 단계를 표시할 수 있다.

이와 같이 악력판정부가 구비되면, 악력을 측정시 악력이 강한 곳과 약한곳이 색상으로 표시되어 직관적으로 악력의 정도를 파악할 수 있으며, 악력이 약한곳을 직관적으로 파악하여 분석하기에 용이하며, 후술하게 될 전자석(700)을 이용하여 악력을 보충하는 것도 가능하다.

도 8을 참고하면, 본 발명에 따른 악력 측정 시스템은 전자석(700)을 더 포함하도록 구비될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서는 복수의 센서(100) 각각에 대응되는 전자석(700)을 더 포함하고, 전자석(700)은 센서(100)에 압력이 감지되는 경우 전자석(700)에 전류가 인가되어 자력이 발생되는 구성이다. 이때 전자석(700)은 센서(100)의 주변을 감싸도록 센서(100)의 주변에 배치되어 센서(100)가 압력을 측정하는데 방해되지 않도록 배치된다.

센서(100)에 압력이 감지되어 전자석(700)에 전류가 인가되어 자력이 발생하기 때문에, 장갑(200)으로 악력을 측정할 때, 금속 재질이거나 내부에 금속을 구비한 물체(710)를 장갑(200) 낀 손으로 파지하여 측정하면 전자석(700)이 해당 물체(710)에 인력에 의해 부착되어 고정되게 되며, 이에 따라 센서(100)의 위치가 고정되어 보다 정확한 위치 및 각도로 악력이 측정되도록 할 수 있다. 또한, 센서(100)에 악력이 감지될 때만 전자석(700)에 전류가 인가되어 자력이 발생하기 때문에, 손에 힘을 빼면 자연스럽게 전자석(700)에 전류가 인가되지 않아서 물체(710)와 장갑(200)이 떨어질 수 있다.

따라서 이와 같이 전자석(700)을 더 포함하여 사용자가 장갑(200)을 이용하여 악력을 측정할 때, 보다 정확한 위치 및 각도로 측정할 수 있고, 힘을 빼면 자연스럽게 장갑(200)과 물체(710)가 분리되도록 할 수 있다.

한편, 전자석(700)은 악력 보충 모드로 동작할 수 있다. 악력 보충 모드는 센서(100)에 압력이 감지되면 전자석(700)에 전류가 인가되어 자력이 발생하는 대신, 센서(100)에 압력이 감지되지 않는 위치의 전자석(700)에 전류를 인가하여 자력을 발생시키거나, 제1 스위치(611) 및 제2 스위치(621)가 켜지는지 여부를 파악하여 스위치가 켜지지 않거나 제1 스위치(611)만 켜진 위치의 전자석(700)에 전류를 인가하여 자력을 발생시켜서 충분한 압력이 없는 곳의 전자석(700)을 동작 시켜서 금속물체 등을 집을 때 악력을 보충하는 역할을 하도록 할 수 있다. 또한, 금속이 아닌 물건에 금속이나 자석으로 구비되는 악력 보조 장치를 설치하여 사용자가 들어올리는 물건이 금속물체가 아닌 경우에도 사용자가 장갑(200) 이용시에 사용자의 악력을 보충할 수도 있다.

악력 보조 장치는 사용자가 들어올리는 소정의 물건의 외부에 결합하는 구성이며 금속 또는 자석으로 구비되어 전자석(700)에 전류가 인가되어 자석으로 동작할 때, 전자석(700)에 부착되어 사용자의 악력을 보충할 수 있다. 또한, 악력 보조 장치는 유연한 철판의 형태로 구비되어 소정의 물건의 주변에 휘어져서 소정의 물건을 감싸도록 구비될 수 있으며, 사용자가 많이 들어올리는데 사용되는 컵, 물병 등의 물건을 감싸는 컵, 물병 받침 등의 형태로 미리 구비될 수도 있다.

이처럼 악력 보조 장치가 구비되면, 장갑(200)에 구비된 전자석(700)을 악력 보충 모드로 이용하면, 사용자가 들어올리려는 물건의 재질이 금속이 아닌 경우에도 사용자의 악력을 보충하여 물건을 쉽게 들어올리도록 할 수 있다.

또한, 악력의 보충이 필요한 경우에만 별도로 악력 보충 모드를 켜는 스위치를 포함하여 온 오프 하도록 할 수 있으며, 해당 모드가 지속되는 시간을 적절하게 설정하여 필요한 시간만큼만 켜지도록 할 수 있다.

이처럼 악력 보충 모드를 더 포함하면, 전자석(700)을 포함한 장갑(200)이 측정장치로만 동작하는 것이 아니라 압력이 모자란 곳에 위치한 전자석(700)에 전류를 인가하여 자력을 발생시켜서 악력을 보조하여 악력이 모자란 사람도 금속 물체(710) 또는 금속 등으로 구비되는 악력 보조 장치를 물체(710)에 설치하여 손쉽게 물체(710)를 집을 수 있도록 보조하는 역할을 할 수 있다.

또한, 전자석(700)이 악력 보충 모드로 동작하는 경우에, 전자석(700)에 자력이 발생될 때 전자석(700) 중에 일부가 서로 다른 극으로 구비되고, 서로 다른 극으로 구비된 전자석(700)이 서로 맞닿거나 인접하면 인력이 작용하여 사용자가 들어올리는 물건이 금속물체가 아닌 경우에도 사용자의 악력을 보충하도록 도와서 물체(710)를 손쉽게 들어올리도록 할 수 있다.

이때, 전자석(700) 중에 서로 다른 극으로 구비되는 전자석(700)은 물체(710)를 집기 위해 손으로 물체(710)를 감싸쥐거나 손가락 일부를 이용하여 물체(710)를 집을 때 서로 맞닿거나 가까워지는 위치에 있는 전자석(700)들을 서로 다른 극이 되도록 할 수 있다. 예를 들면, 엄지에 위치한 전자석(700)은 N극으로 나머지 네 손가락의 전자석(700)은 S극이 되도록 하여 물체(710)를 쥘 때 네 손가락과 엄지가 가까워지면 서로 인력이 작용하여 악력을 보충할 수 있고, 또는 손가락의 전자석(700)은 N극 손바닥의 전자석(700)은 S극으로 구비하여 손가락으로 길다란 물체(710)를 감싸 쥐는 경우 손가락과 손바닥이 가까워지면 서로 인력이 작용하여 악력을 보충하도록 할 수 있다.

이와 같이 전자석(700) 중에 일부 전자석(700)을 서로 다른 극으로 구비하면, 전자석(700)이 동작하여 금속물체를 집을 때만 악력을 보충하는 것이 아니라 서로 다른 극으로 구비된 전자석(700)이 서로 가까워지는 경우 인력이 작용하는 것을 활용하여 금속물체가 아닌 경우에도 사용자의 악력을 보충하도록 하여 악력이 부족한 사용자가 물체(710)를 손쉽게 집을 수 있도록 보조할 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 악력 측정 시스템의 센서(100)는 마찰층(110) 및 마찰층(110)의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 연결되는 전극(120)을 포함하여 구비된다. 본 실시예에서는 마찰층(110)의 상면에 상부 전극(120)이 연결되고, 마찰층(110)의 하면에 하부 전극(120)이 연결된 것을 기준으로 설명하도록 한다.

마찰층(110)은 센서(100)에 가해지는 압력에 의해 마찰전기를 발생시키기 위한 구성이며, PDMS(polydimethylsiloxane) 재질의 다공성 스펀지 형태로 구비된다. 마찰층(110)의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 배치되는 전극(120)은 마찰층(110)과의 접촉을 통해 마찰전기를 발생시키고, 마찰층(110)에서 발생한 마찰전기를 측정할 수 있도록 전기적인 연결을 제공하기 위한 구성으로, CNT(carbon-nanotube)-PDMS 재질의 박막 형태로 구비된다. 상세하게, 마찰층(110)은 전극(120)과의 마찰을 통해 마찰전기를 발생시키며, 전극(120)은 마찰층(110)과의 마찰을 통해 마찰전기를 발생시키는 동시에 센서(100)와 변환모듈(300)의 전기적인 연결을 제공한다.

이와 같이 마찰층(110) 및 전극(120)을 포함하여 구비됨으로써, 본 발명에 따른 악력 측정 시스템의 센서(100)는 마찰층(110) 및 전극(120)의 접촉에 의해 발생하는 마찰전기를 기반으로 압력의 크기를 측정하게 된다. 상세하게, 마찰층(110) 및 전극(120)의 마찰에 의해 마찰전기가 발생하며, 발생한 마찰전기를 측정하여 압력 강도를 측정하도록 구비된다. 이를 위해, 전극(120)은 마찰층(110)과 접촉하여 양전하로 대전되는 소재로 구비되고, 마찰층(110)은 전극(120)과 접촉하여 음전하로 대전되는 소재로 구비된다. 구체적으로, 마찰층(110)은 PDMS(polydimethylsiloxane) 소재로 구비되고, 전극(120)은 구리 또는 CNT(Carbon-NanoTube)-PDMS 소재로 구비된다. 가장 바람직하게는 전극(120)은 CNT-PDMS 소재로 구비된다.

이처럼 마찰층(110)이 PDMS 소재로 구비됨으로써 접촉 대전의 효율이 상승하여 압력 감지의 감도가 상승하는 효과가 있으며, 전극(120)이 CNT-PDMS 소재인 경우는 구리 소재일 경우에 비해서 10배 가량 접촉 대전의 효율이 상승하고, 탄성이 뛰어나므로 압력센서(100)로서 활용도가 증가하는 효과가 있다.

마찰층(110)에 대한 일 실시예로, 마찰층(110)은 다공성 스펀지 형태로 구비될 수 있다. 상세하게, 본 발명에 따른 마찰층(110)은 소정의 두께를 갖는 판 형상의 스펀지 형태로 구비되고, 상부 전극(120) 및 하부 전극(120) 사이에 위치하도록 구비될 수 있다. 마찰층(110)이 다공성 스펀지 형태로 구비됨으로써, 일반적인 PDMS 소재일 경우에 비하여 전극(120)과의 접촉 대전 효율이 증가하며, 탄성이 증가하는 효과가 있다.

도 3의 A를 참조하면, 마찰층(110) 내부에 도시된 원들은 스펀지의 기공을 도시한 것이다. 도 3의 A는 스펀지 형태를 알아보기 쉽도록 구상의 기공이 규칙적인 배열을 이루도록 형성된 것을 기준으로 도시하였지만, 실제 스펀지의 기공은 규칙적인 배열 또는 불규칙적인 배열로 구비될 수 있다.

또한 도 3에 도시된 실시예에서는 각 전극(120)의 양단이 마찰층(110)의 양단과 일치하도록 도시되었으나, 전극(120)의 일단은 마찰층(110)의 일단에 일치하고 타단은 마찰층(110)의 타단에 비해 돌출되도록 구비될 수 있다. 이 경우, 돌출된 부분을 통해 외부의 장비와 본 발명에 따른 압력센서(100)가 전기적으로 연결되기 용이한 효과가 있다. 이와 같이, 도 3에는 본 발명에 따른 전극(120)이 마찰층(110)의 상면 및 하면에 연결되는 박막 형태로 도시되었으나, 본 발명에 따른 전극(120)의 형태는 마찰층(110)과 마찰전기를 발생시키기 용이한 형태면 족하고, 도시된 실시예에 제한되지 않는다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 악력 측정 시스템에서 압력을 측정하는 흐름을 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 악력 측정 시스템에서 마찰전기를 이용하여 센서(100)가 감지하는 압력은 변환모듈(300)을 거쳐 모니터링부(400)에 시각적으로 출력된다.

변환모듈(300)은 복수개의 센서(100)에 연결되는 저항기(310), 복수개의 센서(100)가 측정한 압력값에 일대일 대응되는 전기적 신호를 생성하는 신호처리부(320), 신호처리부(320)가 생성한 전기적 신호를 출력하는 출력부(330)를 포함하여 구비된다. 이에 대한 바람직한 실시예로, 변환모듈(300)은 무선통신부를 더 포함하도록 구비될 수 있다. 무선통신부는 센서(100) 및 모니터링부(400)와 데이터를 송수신하는 구성이다.

저항기(310)는 독립적으로 작동하는 복수개의 센서(100)에 연결되어 플로팅 현상을 방지하는 구성이다. 플로팅 현상은 전원의 인가가 없는 상태에서는 입력이 없어야 함에도 전류가 불규칙적으로 발생하는 것으로, 주변 회로의 전기적인 흐름 등으로 인해 발생한다. 플로팅 현상을 방치할 경우 마찰전기를 이용한 압력값의 측정 시 오차가 발생하며, 회로에 과전류가 발생하여 회로가 손상될 위험이 있으므로 이를 제거하기 위해 저항기(310)가 구비되는 것이 바람직하다.

신호처리부(320)는 복수개의 센서(100)가 측정한 복수의 압력값과 일대일 대응되는 전기적 신호를 생성하는 구성이다.

출력부(330)는 신호처리부(320)가 생성한 전기적 신호를 출력하는 구성이다. 출력부(330)를 통해 출력되는 전기적 신호는 USB 케이블 등의 유선 연결단자를 통해 후술할 모니터링부(400)에 전달된다. 그러나, 이에 한정되지 않고 앞서 서술한 바람직한 실시예와 같이 변환모듈(300)에 무선통신부가 구비되는 경우, 전기적 신호는 무선 신호의 형태로 모니터링부(400)에 전달될 수 있다. 보다 상세하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 악력 측정 시스템에서 센서(100), 변환모듈(300) 및 모니터링부(400)는 무선통신으로 데이터를 송수신하도록 구비될 수 있다.

모니터링부(400)는 변환모듈(300)로부터 전기적 신호를 수신하는 입력부(420), 입력부(420)가 수신한 전기적 신호를 시각적으로 출력하는 디스플레이부(430), 입력부(420) 및 디스플레이부(430) 중 적어도 하나를 제어하는 제어부(410)를 포함하여 구비된다.

입력부(420)는 변환모듈(300)과 전기적으로 연결되어 전기적 신호를 입력 받는 구성이다.

디스플레이부(430)는 전기적 신호를 시각적으로 출력하는 구성이다.

제어부(410)는 입력부(420) 및 디스플레이부(430) 중 적어도 하나를 제어하는 구성이다.

이 때, 제어부(410)는 사용자 입력값에 따라 전기적 신호에 대한 연산을 수행하는 소프트웨어(411)가 탑재되도록 구비될 수 있다. 상세하게, 소프트웨어(411)는 디스플레이부(430)에 출력되는 데이터값의 색깔 변환, 디스플레이부(430)에 출력되는 데이터 값의 Threshold value 설정, 입력부(420)에 입력되는 전기적 신호의 실시간 Log history 출력 및 입력부(420)에 입력되는 전기적 신호의 Log file 변환 중 적어도 하나에 대한 연산을 수행하도록 구비되는 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명의 일 실시에 따른 센서(100)의 구성요소인 마찰층(110)의 제조 방법에 대해 서술하도록 한다. 본 발명에 따른 센서(100)의 마찰층(110)은, 복수의 입자로 구성된 구조체에 주제-경화제 혼합물을 흡수시키는 흡수단계; 주제-경화제 혼합물을 가열하여 경화시키는 경화단계; 및 용매를 통해 구조체를 용해시키는 용해단계;를 포함하는 방법으로 제조되는 것을 특징으로 한다.

흡수단계는 스펀지 형태에 대응되는 구조체에 마찰층(110)의 원료인 주제-경화제 혼합물을 흡수시키는 단계이다.

구조체는 복수의 입자들이 규칙적 또는 불규칙적으로 배열되어 틈새를 형성하며 결합된 구조로 구비되어, 마찰층(110)의 스펀지 형태를 형성하기 위한 틀 역할을 하는 구성이다. 예를 들어, 구 형상의 기공이 복수 형성된 스펀지 구조로 형성된 마찰층(110)을 제조하는 경우, 구조체는 구 형상의 입자들이 규칙적 또는 불규칙적으로 배열되어 틈새를 형성하며 결합된 구조로 구비된다. 따라서, 틈새에 해당하는 부분은 채워지고, 입자에 해당되는 부분은 기공이 형성되는 스펀지 구조의 마찰층(110)을 제조할 수 있게 된다. 구조체에 대한 바람직한 실시예로, 구조체는 특정 용매에 용해되는 가용성의 재질로 구비될 수 있다. 상세하게, 구조체는 수용성 입자가 결합된 구조체일 수 있다.

이러한 구조체에 흡수되는 주제-경화제 혼합물은 마찰층(110)을 형성하기 위한 원료인 주제 및 주제를 경화시키기 위한 화학성분인 경화제의 혼합물이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 Dow Corning 사의 Sylgard 184에 포함된 주제 및 경화제가 사용될 수 있다. 이에 바람직한 실시예로, 흡수단계 전에 주제 및 경화제를 혼합하는 혼합단계가 더 포함될 수 있다. 또한, Sylgard 184가 사용되는 경우 주제 및 경화제는 10:1 중량비로 혼합되는 것이 바람직하다.

경화단계는 구조체의 틈새에 흡수된 주제-경화제 혼합물이 구조체가 제거되어도 형태를 유지할 수 있도록 가열하여 경화시키는 단계이다. 일 실시예로, Sylgard 184가 사용되는 경우 75℃의 온도에서 2시간동안 가열하여 경화시킨다.

용해단계는 경화단계에서 경화된 마찰층(110)을 분리하기 위해 구조체를 제거하는 단계이다. 상세하게, 용매를 통해 구조체를 용해시켜 제거한다. 바람직하게는, 구조체는 용매에 대해 가용성을 갖고, 마찰층(110)은 용매에 대해 불용성의 소재로 구비된다. 이에 대한 일 실시예로, 마찰층(110)이 PDMS로 구비되는 경우 구조체는 수용성 물질로 구비되고, 용매로 물을 사용하도록 구비될 수 있다. 다른 일 실시예로, 마찰층(110)이 PDMS로 구비되는 경우 구조체는 수용성 물질로 구비되고, 용매로 탈이온수(deionized water)를 사용하도록 구비될 수 있다.

이와 같이 혼합단계, 경화단계 및 용해단계를 포함하여 제조되는 본 발명의 일 실시예에 따르면, Sylgard 184의 주제-경화제 혼합물을 용기에 담고, 구조체를 주제-경화제 혼합물에 담금으로써 모세관 현상에 의해 주제-경화제 혼합물이 구조체에 흡수된다. 구조체는 수용성 물질로서, 일 예로 설탕 입자가 결합된 형태의 구조체가 사용된다. 주제-경화제 혼합물이 구조체에 흡수된 이후, 이를 가열하여 경화시킴으로써, 용매에 의해 구조체가 용해되면 경화된 주제-경화제 혼합물만 잔여함으로써 본 발명의 일 실시예에 따른 센서(100)의 마찰층(110)이 제조된다.

[그림 1]

[그림 2]

그림 1은 일반적인 PDMS의 단면을 주사전자현미경(SEM, scanning electron microscope)으로 촬영한 사진이며, 그림 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 스펀지 구조의 PDMS 마찰층(110)의 단면을 주사전자현미경으로 촬영한 사진이다. 그림 1 및 2에 나타난 바와 같이, 스펀지 구조의 PDMS로 구비된 마찰층(110)의 경우 기공에 의하여 일반적인 PDMS에 비해 마찰이 용이하여, 접촉 대전 효율이 상승한다.

본 발명에 따른 센서(100)의 전극(120)은, 구리 소재의 전극(120)인 경우는 구리 테이프를 최종적인 센서(100)의 크기 및 센서(100)의 용도에 맞추어 재단함으로써 제조될 수 있다. 한편, CNT-PDMS 소재의 전극(120)인 경우는 하기의 제조 방법에 따라 제조될 수 있다.

상세하게, 본 발명에 따른 센서(100)의 전극(120)은 CNT 및 PDMS를 혼합하는 혼합물 형성단계; 및 CNT-PDMS 혼합물을 가열하여 경화시키는 전극(120) 형성단계;를 포함하는 방법으로 제조되는 것을 특징으로 한다.

CNT 및 PDMS를 혼합하는 혼합물 형성단계는 CNT 및 PDMS를 혼합하여 CNT-PDMS 혼합물을 형성하는 단계이다. 이 때, CNT 및 PDMS가 100:0.5의 비율로 혼합되는 것이 바람직할 것이다.

CNT-PDMS 혼합물을 가열하여 경화시키는 전극(120) 형성단계는 CNT-PDMS 혼합물을 경화시켜 CNT-PDMS 소재의 전극(120)을 형성하는 단계이다. 이 때, CNT-PDMS 혼합물을 75℃의 온도에서 2시간 가열하여 경화시키는 것이 바람직할 것이다.

전극(120)의 형태를 형성하기 위해서, 혼합물 형성단계 이후에 CNT-PDMS 혼합물을 소정의 두께로 형성시키는 박막 형성단계를 더 포함할 수 있다. 상세하게, CNT-PDMS 혼합물을 담을 용기에 소정의 두께를 형성하는 양으로 CNT-PDMS 혼합물을 조절하여 담는다. 이 때, CNT-PDMS가 경화에 의하여 수축 또는 팽창하는 비율을 고려하여, 수축 또는 팽창 후에 소정의 두께를 형성하는 양으로 CNT-PDMS 혼합물을 조절하여 담는 것이 바람직할 것이다. 이에 따라, 경화된 CNT-PDMS가 소정의 두께를 갖는 박막의 형태로 형성된다. 보다 바람직한 일 실시예로, CNT-PDMS 혼합물을 스핀 코팅하여 박막의 형태로 형성할 수 있다. 스핀 코팅을 이용함으로써 보다 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있다.

또한, 전극(120)의 형태를 형성하기 위해서, 전극(120) 형성단계 이후에 경화된 CNT-PDMS을 전극(120)으로 가공하는 절삭단계를 더 포함할 수 있다. 상세하게, 경화된 CNT-PDMS를 절단 및 절삭하여 박막 형태의 전극(120)으로 가공한다.

[그래프 1]

그래프 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서(100)에 구리 소재 및 CNT-PDMS 소재의 전극(120)을 사용했을 때의 출력 전압 및 전류를 실측하여 나타낸 그래프이다. 그래프 1에 나타난 바와 같이, 전극(120)이 구리 소재로 구비되는 경우 약 25V의 출력 전압을 나타내고, 전극(120)이 CNT-PDMS 소재로 구비되는 경우 약 250V의 출력 전압을 나타내므로, CNT-PDMS의 경우가 구리에 비해 약 10배 높은 출력 전압을 나타내는 것을 알 수 있다. 따라서, 전극(120)이 CNT-PDMS 소재로 구비되는 경우 전극(120)이 구리로 구비되는 경우에 비해 센서(100)의 민감도에 따른 감지 효율이 증가한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 악력 측정 시스템에서, 센서(100)의 민감도는 압력별 캐패시턴스(capacitance) 변화율로 정의할 수 있다. 캐패시턴스 변화율을 수학식으로 나타내면 다음과 같다.

[수학식 1]

상기 수학식 1에서 는 상대적인 캐패시턴스 변화를 의미하고, 는 캐패시턴스 값을 의미하며, 는 압력이 0일 때의 초기 캐패시턴스 값을 의미한다.

[그래프 2]

그래프 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서(100)의 압력 당 캐패시턴스 변화를 실측하여 나타낸 그래프이다. Pa는 SI 압력 단위로서, N/m2와 동일한 단위이다. 그래프 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 센서(100)는 압력에 대해 캐패시턴스 변화율이 선형 비례하는 특성을 나타낸다. 따라서 본 발명에 따른 센서(100)는 정전형 센서(100)로도 활용될 수 있다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적으로 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며 이러한 수정, 변경 및 부가는 상기의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. 또한 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

상술한 예시적인 시스템에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 센서 110 : 마찰층
120 : 전극 121 : 상부전극
122 : 하부전극 150 : 전선
200 : 장갑 300 : 변환모듈
310 : 저항기 320 : 신호처리부
330 : 출력부
400 : 모니터링부 410 : 제어부
420 : 입력부 430 : 디스플레이부
411 : 소프트웨어 P : 압력
500: 발열장치 510: 발열장치 고정부
520: 열화상 카메라 600: 누름장치
610: 제1 각도 620: 제2 각도
611: 제1 스위치 621: 제2 스위치
700: 전자석 710: 물체

Claims (7)

1. 마찰전기를 기반으로 압력의 크기를 측정하는 센서;
   외측 또는 내측 표면에 복수개의 상기 센서가 서로 소정의 간격으로 이격되도록 부착되는 장갑;
   상기 센서와 전기적으로 연결되어 상기 압력의 크기를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 변환모듈; 및
   상기 변환모듈과 전기적으로 연결되어 상기 압력의 크기를 상기 장갑에 부착된 복수개의 센서와 일대일 대응되도록 2차원 평면 상에서 시각적으로 출력하는 모니터링부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 악력 측정 시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 센서와 연결되어 상기 압력의 크기에 따라 열을 발생시키는 발열장치를 더 포함하고,
   상기 발열장치에 발생된 열을 열화상 카메라로 촬영하여 상기 압력에 따라 발생한 열의 온도를 측정하여 상기 센서에 발생한 압력의 크기를 파악하는 것을 특징으로 하는 악력 측정 시스템.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 발열장치와 접촉하도록 구비되어 열을 전달받고,
   소정의 제1 임계온도보다 높은 온도에 도달하면 소정의 제1 각도로 변형되며,
   상기 소정의 제1 임계온도보다 더 높은 온도인 소정의 제2 임계온도보다 높은 온도에 도달하면 소정의 제1 각도보다 더 큰 소정의 제2 각도로 변형되는 것을 특징으로 하는 형상기억합금 소재의 누름장치를 더 포함하고,
   상기 누름장치는,
   상기 소정의 제1 임계온도보다 높은 온도에 도달하여 소정의 제1 각도로 변형되면, 누름장치가 푸시 버튼으로 구비되는 제1 스위치를 눌러서 켜고,
   상기 소정의 제2 임계온도보다 높은 온도에 도달하여 소정의 제2 각도로 변형되면 누름장치가 푸시 버튼으로 구비되는 제2 스위치를 눌러서 켜는 것을 특징으로 하며,
   상기 제1 스위치 또는 제2 스위치가 켜지면, 악력측정시 악력의 정도를 직관적으로 파악하도록 하는 악력판정부를 동작시키는 것을 특징으로 하는 악력 측정 시스템.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 악력판정부는,
   상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치가 켜진 것을 감지하여 악력의 정도를 판단하는 감지부를 포함하고,
   상기 감지부에서 제1 스위치가 켜진 것을 감지하면 소정의 제1 색을 발광하고, 상기 제2 스위치가 켜지면 소정의 제2 색을 발광하여 상기 센서에 감지되는 압력의 정도를 색으로 표시하는 발광부를 포함하는 것을 특징으로 하는 악력 측정 시스템.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   복수의 상기 센서 각각에 대응되는 전자석을 더 포함하고,
   상기 센서에 압력이 감지되는 경우 상기 전자석에 전류가 인가되어 자력이 발생되는 것을 특징으로 하고,
   상기 전자석은,
   상기 센서를 감싸도록 상기 센서의 주변에 배치되며,
   상기 장갑으로 악력을 측정할 때 금속 재질이거나, 내부에 금속을 구비한 물체를 상기 장갑을 낀 손으로 파지하여 측정하고,
   상기 전자석이 상기 물체에 고정되어 악력측정시 상기 센서의 위치를 고정하여 정확한 위치 및 각도로 악력이 측정되는 것을 특징으로 하는 악력 측정 시스템.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 전자석은,
   악력 보충 모드를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,
   상기 전자석이 상기 악력 보충 모드로 동작하면,
   상기 센서에 압력이 감지되지 않는 위치의 전자석에 전류를 인가하여 자력을발생시켜서 압력이 부족한 부분의 전자석이 금속물체에 부착되어 사용자의 악력을 보충하도록 돕는 것을 특징으로 하는 악력 측정 시스템.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 전자석은,
   상기 악력 보충 모드에서,
   상기 전자석에 자력이 발생될 때 상기 전자석 중에 일부가 서로 다른 극으로 구비되고,
   상기 서로 다른 극으로 구비된 전자석이 서로 맞닿거나 인접하면 인력이 작용하여 사용자가 들어올리는 물건이 금속물체가 아닌 경우에도 사용자의 악력을 보충하도록 돕는 것을 특징으로 하는 악력 측정 시스템.
   

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