2-6. 로봇 피부용 대면적 멀티모달 스마트 센서 시트 개발
| 연구참여자
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| 연구목표
패치 형태의 신축성 온도/압력/변위/미끌림 및 3축 변형이 감지가 가능한 집적된 센서 시트를 개발하며 이를 실시간으로 모니터링이 가능하도록 신축성 디스플레이, 마이크로 프로세서 기반 제어 기술, 신호 처리기술과 접목하고자 함. 나아가, 실제 로봇 분야에 적용하기 위한 여러 감각을 감지하고 실시간으로 모니터링이 가능한 대면적 신축성 스마트 고민감도 센서 시트의 개발을 목표로 함
| 연구내용
Topic 1. 온도/압력/변위 집적 센서 기술
(1) 온도 센서
- 외부 자기장을 이용하여 전도성 니켈 필러가 단일 방향으로 정렬된 전도성 복합재료를 개발하고, 이를 이용해 개선된 특징을 가지는 온도 센서 제작
- 외부 온도에 따른 전도성 니켈 필러 간의 간격 변화에 의한 전기적 특성 변화를 이용해 온도 측정
(2) 압력 센서
- 니켈 필러가 단일 방향으로 정렬된 전도성 복합재료 기반의 압전 저항식 압력 센서 제작
- 외부 압력에 따른 전도성 니켈 필러 간의 간격 변화에 의한 전기적 특성 변화를 이용해 압력 측정
외부 자극(온도/압력)에 따른 전도성 복합재료의 전기적 특성 변화
- 은나노선(silver nanowires)이 신축성 엘라스토머에 삽입된 물결 구조를 갖는 복합 구조의 전극 제조
- 은나노선 기반의 전극을 통한 정전 용량식 압력 센서 제작 및 측정
물결 구조 은나노선을 이용한 정전 용량식 압력 센서
(3) 변위 센서
- 단일벽 탄소나노튜브(single-walled carbon nanotube)를 이용한 인쇄 공정 기반의 변위 센서 공정 개발
- 높은 민감도(guage factor > 10)와 선형성(R2 > 0.99)을 가지며, 반복 굴곡 및 인장 하에서도 안정적인 성능을 유지하는 센서 기술 개발
인쇄 공정 기반 변위 센서의 모식도 및 특성
(4) 온도/압력/변위 센서 직접 기술
- 복합재료 기반 압전 저항식 온도/압력 센서 어레이, 정전식 고민감 압력 센서 어레이, 인쇄 공정 기반 변위 센서의 집적화를 통한 온도/압력/변위 등의 다감각 감지 가능한 수동형 electronic skin 개발
온도/압력/변위 센서 집적화 기술 개발서
Topic 2. 미끌림 및 3축 센서 개발
- 은나노선(silver nanowires)이 신축성 엘라스토머에 삽입된 물결 구조를 갖는 복합 구조의 전극 제조
- 은나노선 기반의 전극을 통한 미끌림 및 3축 변형을 측정하는 정전 용량식 센서 구조 개발 및 최적화
- 미끌림 및 3축 센서에 적용할 돌출 형태의 엘라스토머 성형 기술 개발
정전 용량식 미끌림 및 3축 센서 모식도
Topic 3. 잉크젯 인쇄 공정 기반 신축성 디스플레이 및 제어 장치 개발
- 잉크젯 인쇄 공정 기반 신축성 전극에 LED 칩을 부착하여 신축성 LED 어레이를 제작
- 마이크로 프로세서를 통합하여 신축성 디스플레이 제어 기술 확보
- 센서 어레이와 디스플레이, 마이크로 프로세서를 융합하고 데이터 처리하여 신축성 디스플레이에 표현하는 기술 확보
(a) 신축성 기판과 전극에 붙인 LED chip (b) strain에 따른 LED chip 동작 성능
신축성 LED array의 세부 기술과 동작 모습
| 기대효과
- 유연성 전자 소자를 넘어서 미개척분야인 신축성 전자 소자 시스템 개발을 통하여 미래지향적 신개념 소프트 일렉트로닉스 구현을 위한 원천 기술 확보
- 기존에 보고된 전사 공정 기반 신축성 전자 소자와는 달리 in situ 공정을 사용하여 소자의 균일성 증가 및 대면적화가 용이
- 용액 공정 및 인쇄 공정을 이용하여 친환경적으로 저비용, 대면적 신축성 전자 소자 시스템 구현이 가능
- 로봇 피부 (대면적, 멀티모달, 스마트 센서), 신체 부착형 바이오 센서, 환경 감지 다기능 센서, 신축성 디스플레이, 마이크로 프로세서 기반 제어 기술, 신호 처리기술과 등 새로운 전자/바이오/의료 분야 시장을 개척함과 동시에 세계적으로 주도 가능한 고부가가치 기술 확보
| 대표연구실적
1. S. Chung, M. Jang, S.-B. Ji, H. Im, N. Seong, J. Ha, S.-K. Kwon, Y.-H. Kim, H. Yang, Y. Hong, Adv. Mater. 2013, 25, 4772. (Frontispiece Highlight Paper) (Wiley Hot Topics)
2. S. Kim, J. Byun, S. Choi, D. Kim, T. Kim, S. Chung, Y. Hong, Adv. Mater. 2014, 26, 3094. (Front Cover Paper)
3. Y. Joo, J. Byun, N. Seong, J. Ha, H. Kim, S. Kim, T. Kim, H. Im, D. Kim, Y. Hong, Nanoscale 2015, 7, 6208.
4. S. Park, G. Giri, L. Shaw, G. Pitner, J. Ha, J. H. Koo, X. Gu, J. Park, T. H. Lee, J. H. Nam, Y. Hong, Z. Bao, Proc. Natl. Acad. Sci. 2015, 112, 5561.
5. S. Kim, S. Choi, E. Oh, J. Byun, H. Kim, B. Lee, S. Lee, Y. Hong, Sci. Rep. 2016, 6, 34632.
6. 홍용택, 변정환, 김상우, KOR 10-1541618 (07-28-2015) (미국 특허 출원 진행 중)
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