WO2019117653A1 - 능동형 피부 접촉 센서 - Google Patents

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WO2019117653A1
WO2019117653A1 PCT/KR2018/015881 KR2018015881W WO2019117653A1 WO 2019117653 A1 WO2019117653 A1 WO 2019117653A1 KR 2018015881 W KR2018015881 W KR 2018015881W WO 2019117653 A1 WO2019117653 A1 WO 2019117653A1
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skin
sensor
contact
chamber
active
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PCT/KR2018/015881
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조영호
박노을
윤성현
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한국과학기술원
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    • A61B5/683—Means for maintaining contact with the body
    • A61B5/6834—Means for maintaining contact with the body using vacuum

Definitions

  • the present invention relates to an active skin contact sensor. More particularly, the present invention relates to an active skin contact sensor for measuring physiological data in contact with the skin.
  • An object of the present invention is to provide an active type skin contact sensor which can be used in everyday life by measuring bio-signals attached to the skin and minimizing noise from the skin surface and facilitating detachment and attachment.
  • the active skin contact sensor includes a support layer, a contact layer that is provided on the support layer and contacts the skin, a contact layer that contacts the skin on the contact layer surface, At least one contact force adjusting unit having a concave chamber for forming a concave chamber and a driving unit for adjusting a contact force with the skin by changing a pressure in the chamber, and a sensor for measuring the condition of the skin.
  • the driver may include a heater for varying the temperature in the chamber.
  • the drive may include a hydraulic control channel for supplying fluid into the chamber to vary the pressure.
  • the contact force regulator may further include a protrusion extending along the open top edge of the chamber and protruding from the contact layer surface.
  • the active skin contact sensor may further include a detection electrode formed around the open upper end of the chamber, and a contact detection unit for detecting contact with the skin.
  • the sensing electrode may include electrode patterns that are spaced apart along the open top edge of the chamber
  • the senor may detect at least one of temperature, humidity, electrical conductivity, pH, elasticity, pulse wave and chemical composition of skin surface of the skin.
  • the senor may include a first sensor provided on the support layer for measuring a pulse wave and a second sensor provided on the surface of the contact layer for measuring skin condition.
  • a plurality of chambers may be arranged in an array form.
  • the active skin contact sensor may further include a control circuit unit connected to the driving unit and the sensor, for processing the control signal and the detection signal.
  • the active skin contact sensor includes a thin film structure that contacts the skin, an adsorption chamber that is opened to open the top of the thin film structure, and a controller that changes the pressure in the adsorption chamber At least one contact force adjusting part having a driving part for adjusting the contact force with the skin, and a sensor for measuring the state of the skin.
  • the driver may vary the pressure within the adsorption chamber in a thermal or pneumatic manner.
  • the driving unit may include a heater for varying the temperature in the adsorption chamber.
  • the driving unit may include a hydraulic control channel for supplying a fluid into the adsorption chamber to vary the pressure.
  • the contact force regulating portion may further include a protrusion extending along the open top periphery of the adsorption chamber and protruding from the contact layer surface.
  • the active skin contact sensor may further include a detection electrode formed around the open upper end of the adsorption chamber, and a contact detection unit for detecting contact with the skin.
  • the senor may detect at least one of temperature, humidity, electrical conductivity, pH, elasticity, pulse wave and chemical composition of skin surface of the skin.
  • the senor may include a first sensor for measuring skin condition and a second sensor for measuring a pulse wave.
  • a plurality of the adsorption chambers may be arranged in an array form.
  • the active skin contact sensor may further include a control circuit unit connected to the driving unit and the sensor, for processing the control signal and the detection signal.
  • a miniaturized and integrated single device capable of measuring skin conductivity, skin temperature, pulse wave, which is known as physiological data indicating the degree of activity of the human autonomic nervous system. Therefore, it is possible to minimize the influence of the existing equipment attachment on the subject's emotions for physiological data collection.
  • the adhesion force with the external object can be adjusted through the contact force adjusting unit including the driving unit and the chamber, and a device that can be easily attached and detached without a fixing mechanism can be put to practical use.
  • sensors can be integrated to obtain a low-noise signal.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing an active skin contact sensor according to exemplary embodiments.
  • FIG. 2 is a plan view of the active skin contact sensor of FIG. 1.
  • FIG. 2 is a plan view of the active skin contact sensor of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line A-A 'of FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a closed space in a chamber formed by the skin attached to the active skin contact sensor of FIG. 1;
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a contact force adjusting unit of an active skin contact sensor according to exemplary embodiments.
  • FIG. 6 is a plan view showing a contact detecting portion of an active skin contact sensor according to exemplary embodiments.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view showing an active skin contact sensor according to exemplary embodiments.
  • Fig. 8 is a plan view showing the supporting layer of the active skin contact sensor of Fig. 7; Fig.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a contact force adjusting unit of the active skin contact sensor of FIG.
  • FIG. 10 is a plan view showing a support layer of an active skin contact sensor according to exemplary embodiments.
  • FIG. 11 is a top view of a support layer of an active skin contact sensor according to exemplary embodiments.
  • FIG. 12 is a plan view showing an active skin contact sensor according to exemplary embodiments.
  • FIG. 13 is a plan view showing an active skin contact sensor according to exemplary embodiments.
  • the terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing an active skin contact sensor according to exemplary embodiments.
  • FIG. 2 is a plan view of the active skin contact sensor of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line A-A 'of FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a closed space in a chamber formed by the skin attached to the active skin contact sensor of FIG. 1;
  • 5 is a cross-sectional view showing a contact force adjusting unit of an active skin contact sensor according to exemplary embodiments.
  • 6 is a plan view showing a contact detecting portion of an active skin contact sensor according to exemplary embodiments.
  • the active skin contact sensor 10 includes a thin film structure 100, contact force adjusting parts 200 provided on the surface of the thin film structure 100 to adjust contact force with the skin, And a sensor for measuring the state of the battery.
  • the thin film structure 100 includes a substrate 110 having at least one opening 112 and a support layer 120 and a contact layer 130 sequentially stacked on the substrate 110 .
  • the thin film structure may comprise a flexible material that is deformable according to the shape of the skin.
  • the thin film structure may be attached to a finger, palm, wrist, toe, ankle or sole.
  • the thin film structure 100 may include only the support layer 120 and the contact layer 130, with the substrate 110 omitted.
  • the thin film structure 100 may include a first region R and a second region S.
  • the first area R may be a deformation area corresponding to the opening 112 and the second area S may be a supporting area corresponding to an area around the opening 112.
  • the first region R of the thin film structure 100 can be deformed into the opening 112 by external pressure.
  • the support area S may include first to fourth areas surrounding the deformation area R.
  • the first and second regions may face each other and the third and fourth regions may be positioned adjacent to the first and second regions and facing each other.
  • the contact force regulating portion 200 includes a concave chamber 210 which forms a closed space A in contact with the skin on the surface of the contact layer 130, And a driving unit for adjusting the contact force with the skin.
  • the chamber 210 may have a concave shape recessed from the surface of the contact layer 130.
  • the chamber 210 may include an opening through the contact layer 130.
  • the opening may have an open top and an open bottom.
  • the upper end of the chamber 210 may be in contact with the skin S to form a closed space and the pressure of the closed space of the chamber 210 may be varied to a negative pressure to serve as an adsorption chamber for adsorbing the skin S .
  • a portion of the surface of the support layer 120 may be exposed by the chamber 210.
  • a plurality of chambers 210 may be formed on the surface of the contact layer 130.
  • the chambers 210 may be arranged in an array.
  • the chambers 210 may be disposed in the first region and the second region of the support region S, respectively.
  • the chamber 210 may have a cylindrical shape, a polygonal shape, a truncated cone shape, or a polygonal prism shape.
  • the cross section of the chamber 210 may have a circular or polygonal shape.
  • the driving unit may include a heater 220 for varying the temperature in the chamber 210.
  • the heater 220 may be installed on one side of the support layer 120 exposed by the chamber 210. The heater may be heated to increase the temperature in the chamber 210.
  • the heater 220 is heated to increase the temperature in the chamber 210 prior to the contact with the skin S and the skin 220 contacts the chamber 210 to form the closed space A,
  • the pressure in the chamber 210 decreases while the temperature of the air in the closed space A decreases. Accordingly, as shown in Fig. 4, the contact force with the skin S can be increased.
  • the pressure in the chamber 210 is increased.
  • the contact force with the skin S can be reduced, and the skin S can be easily detached from the thin film structure 100.
  • the contact force adjusting unit 200 can interfere the contact state with the skin S using thermal welding.
  • the size of the chamber, the number of the chambers, the pressure in the closed space of the chamber may be determined in consideration of the weight of the contact sensor, the contact force with the skin, and the like.
  • the thin film structure may include a material that is easy to adhere to the object.
  • the contact force regulator 200 includes a protrusion 212 extending along the open top edge of the chamber 210 and protruding from the surface of the contact layer 130, as shown in Fig. 5 .
  • the projection 212 may be formed at the edge of the chamber 210 to increase the contact force with the skin.
  • the active skin contact sensor 10 may further include a contact detection unit 400 for detecting contact with the skin.
  • the contact detection unit 400 may include a detection electrode formed around the open upper end of the chamber 210.
  • the sensing electrode may include electrode patterns spaced apart along the open top edge of the chamber 210.
  • the senor may detect at least one of temperature, humidity, electrical conductivity, pH, elasticity, pulse wave and chemical composition of skin surface of the skin.
  • the sensor may include a first sensor for measuring the pulse wave and a second sensor provided on the surface of the contact layer 130 for measuring the skin condition.
  • the first sensor may be provided in the deformation area R to measure deformation of the deformation area R due to external pressure.
  • the first sensor includes a pulse wave measuring sensor 300 (having a first piezoelectric electrode 300a and a second piezoelectric electrode 300b) spaced apart from each other with a support layer 120 interposed therebetween in a deformation region R, ).
  • the support layer 120 may comprise an insulating material.
  • the first and second piezoelectric electrodes 300a and 300b may be insulated and spaced from each other by the support layer 120.
  • the first piezoelectric electrode 300a may be formed on the upper surface of the support layer 120 and the second piezoelectric electrode 300b may be formed on the lower surface of the support layer 120.
  • the contact layer 130 may be formed on the first piezoelectric electrode 300a to insulate the second piezoelectric electrode 300a from the outside.
  • the deformed region R of the thin film structure 100 When the deformed region R of the thin film structure 100 is brought into contact with the local region of the skin, pressure may be applied to the thin film structure due to the pulse wave, so that the thin film structure may be deformed. At this time, the voltage difference between the first and second piezoelectric electrodes 300a and 300b may be measured to measure the intensity and frequency of the pulse wave.
  • the support layer 120 may have a first thickness and the contact layer 130 may have a second thickness that is less than the first thickness. It is possible to change the material and thickness of the support layer 120, the contact layer 130 and the first and second piezoelectric electrodes 300a and 300b, and the structure of the substrate 100, , Sensitivity, and the like. Therefore, the size of the pulse wave measuring sensor 300, the measurable range of the pressure, and the like can be changed to suit the application to be used.
  • a pulse wave when a pulse wave is detected by detecting a change in arterial pressure, it is known to be almost the same regardless of the position of the human body of the arterial pressure. Therefore, it includes a pressure range of about 80 to 120 mmHg known as a blood pressure range of a normal person, Considering the case of hypotension, the structure and material of the device can be determined so that a pressure range of about 40 to 240 mmHg can be measured.
  • the second sensor may be provided on the support area S of the thin film structure 100 and may include a skin conductivity sensor 320 for measuring the skin conductivity in contact with the skin.
  • the skin conductivity sensor 320 may include first and second measurement electrodes 320a and 320b of a bipolar type.
  • the first measuring electrode 320a and the second measuring electrode 320b may be formed on the supporting region S of the thin film structure 100.
  • the first and second measurement electrodes 320a and 320b may be spaced apart from each other with the deformation region R therebetween on the contact layer 130.
  • the second sensor may further include a temperature measurement sensor 330 for measuring skin temperature.
  • the temperature measurement sensor 330 may include a temperature measurement electrode formed on the support area S of the thin film structure 100.
  • the first measurement electrode 320a may be disposed on the first region of the support region S and the second measurement electrode 320b may be disposed on the second region of the support region S .
  • the temperature measuring electrode may be disposed on the third region of the support region (S).
  • the skin conductivity may be a physical quantity representing an electrical change on a person's skin.
  • the sympathetic nervous system of the person's autonomic nervous system becomes excited.
  • the activity of the eccrine glands may become active. Since the eclin sweat glands are mainly distributed in the palm and soles of a person, the activity of the sweat glands of the palms and soles of the human being can be measured to determine the degree of excitement of the sympathetic nervous system caused by stress.
  • the first and second measuring electrodes 320a and 320b of the bipolar type can detect the change in the magnitude of the resistance of the skin surface caused by the change in the skin humidity due to the action of the eccrine sweat glands changing according to the excitement of the sympathetic nerve have.
  • the second sensor is provided on the deformation area R of the thin film structure 100 but the present invention is not limited thereto and the second sensor may be provided on the support area S of the thin film structure 100. [ Further, when the substrate 110 is omitted, it will be understood that the position of the second sensor is not limited to a specific region.
  • the active skin contact sensor 10 may further include control circuitry connected to the driver and the sensor to process the control signal and the detection signal.
  • control circuitry connected to the driver and the sensor to process the control signal and the detection signal.
  • a circuit for the control circuit portion may be formed on the substrate 110, or a chipset may be mounted.
  • a battery for applying power to the chipset may be mounted.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view showing an active skin contact sensor according to exemplary embodiments.
  • Fig. 8 is a plan view showing the supporting layer of the active skin contact sensor of Fig. 7;
  • Fig. 9 is a cross-sectional view showing a contact force adjusting unit of the active skin contact sensor of FIG.
  • the active skin contact sensor is substantially the same as or similar to the active skin contact sensor described with reference to FIG. 1, except for the configuration of the contact force adjusting portion. Accordingly, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and repetitive description of the same constituent elements is omitted.
  • the contact force adjusting unit 200 of the active skin contact sensor 11 includes a concave chamber 210 which forms a closed space A in contact with the skin on the surface of the contact layer 130, And a driving unit for adjusting a contact force with the skin by changing a pressure in the chamber 210.
  • the driving unit may include a hydraulic control channel 230 for supplying a fluid into the chamber 210 to vary the pressure.
  • the hydraulic control channel 230 may include a recess formed in the surface of the support layer 120 exposed by the chamber 210. The recess may communicate with the lower end of the chamber 210.
  • the hydraulic control channel 230 may be connected to the hydraulic control unit 234 via a connection channel 232.
  • the hydraulic control device 234 may form a positive pressure or a negative pressure in the chamber 210 through the hydraulic control channel 230.
  • the contact force adjusting unit 200 can control the contact state with the skin S by using hydraulic pressure such as pneumatic pressure.
  • the active skin contact sensor is substantially the same as or similar to the active skin contact sensor described with reference to FIG. 1, except for the configuration of the pulse wave measuring sensor. Accordingly, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and repetitive description of the same constituent elements is omitted.
  • the pulse wave measuring sensor of the active skin contact sensor may include at least one piezoresistive electrode 302 provided on the supporting layer 120 for measuring a pulse wave.
  • piezoresistive electrodes 302 may be disposed on the support layer 120 to correspond to the boundary portion of the deformation area R.
  • measurement pads 306 and connection wirings 304 may be patterned and formed.
  • the piezoresistive electrodes 302 are connected to the measurement pads 306 by connection wirings 304 so that the resistance change of the piezoresistive electrodes 302 when the deformation region R is deformed by external pressure Can be measured.
  • the piezoresistive electrodes 302 can measure the magnitude of the pressure applied to the boundary portion of the deformation region R, that is, the portion where the change in the mechanical stress due to the pressure change is greatest.
  • FIG. 11 is a top view of a support layer of an active skin contact sensor according to exemplary embodiments.
  • the active skin contact sensor is substantially the same as or similar to the active skin contact sensor described with reference to FIG. 1, except for the configuration of the pulse wave measuring sensor. Accordingly, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and repetitive description of the same constituent elements is omitted.
  • the pulse wave measuring sensor of the active skin contact sensor may include an optical pulse wave measuring sensor provided on the supporting layer 120 for measuring a pulse wave.
  • the optical pulse wave measuring sensor may include a light emitting element 310 and a light receiving element 312 disposed on the supporting layer 120 and spaced apart from each other.
  • the optical pulse wave measuring sensor can measure a pulse wave by measuring a change in the magnitude of a received optical signal.
  • the active skin contact sensor is substantially the same as or similar to the skin contact sensor described with reference to FIG. 1, except for the skin conductivity sensor. Accordingly, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and repetitive description of the same constituent elements is omitted.
  • the skin conductivity sensor 340 of the active skin contact sensor 12 may include a measuring electrode of a capacitive type.
  • the dielectric conductivity of the dielectric between the interdigital electrodes is changed according to the change of the skin humidity according to the activity of the eccrine sweat glands by changing the size of the capacitance according to the change of the dielectric constant.
  • the skin conductivity can be measured.
  • the active skin contact sensor is substantially the same as or similar to the skin contact sensor described with reference to FIG. 1 except for the structure of the contact force adjusting parts and the arrangement of the sensors. Accordingly, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and repetitive description of the same constituent elements is omitted.
  • the active skin contact sensor 13 includes a thin film structure having first and second deformation regions R1 and R2, a first and a second deformation regions R1 and R2, Contact force adjusting units 200 for adjusting the contact force with the skin, and a sensor for measuring the state of the skin.
  • the contact force adjusting portions 200 are disposed on both sides of the first group of contact force adjusting portions and the first and second strain regions R1 and R2 disposed between the first and second strain regions R1 and R2 And second and third groups of contact force regulators.
  • the sensor may include first and second pulse wave measuring sensors disposed in the first and second deformable regions R1 and R2, respectively.
  • the first pulse wave measuring sensor may measure a pulse wave in the first deformation area R1 and the second pulse wave measuring sensor may measure a pulse wave in the second deformation area R2.
  • the active skin contact sensor 13 may include a plurality of pulse wave measuring sensors according to the blood vessel arrangement in the local region of the human body.
  • the pulse wave measurement it is known that when the pulse wave is measured on the arterial blood vessel, the signal is less distorted and the accurate signal can be measured. Therefore, the pulse wave measurement sensor can be accurately positioned on the arterial blood vessel, Can be measured.
  • the arterial blood vessels are arranged along both side surfaces of the finger. Therefore, the first and second pressure measuring units are contacted with the side surfaces of the fingers A more accurate signal can be obtained in comparison with the case of using one pressure measuring part.
  • the active skin contact sensor can provide a single device manufactured using microfabrication technology to analyze the psychological physiological state of a human.
  • the skin contact sensor has a structure capable of simultaneously measuring three data for measuring the psychological physiological state of a human in the local area of skin of a human body, it is possible to minimize the influence of the measurement device on the emotions of the subject, It is possible to measure the psychological state of human being, and it is possible to simultaneously measure the skin conductivity, which is an index for the pulse wave and the short-term hate stimulation to obtain the heart rate variability which is a long-term stress index.
  • the human condition / intention detection can be easily and easily performed through the data analysis of the correlation between physiological indices of human psychological change including stress.
  • opening 120 support layer
  • contact layer 200 contact force adjusting section
  • connection channel 234 hydraulic control device
  • 300 pulse wave measuring sensor 300a, 300b:
  • Measurement pad 310 Light emitting element
  • 320a, 320b skin conductivity measuring electrode 330: temperature measuring sensor

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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
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.
<부호의 설명>
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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