일반기술

유연성을 갖춘 촉각센서 설계 제작기술

본 기술은 유연성을 갖는 촉각센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부물체와의 접촉력에 대한 정보를 감지하기 위한 플렉서블 촉각센서 및 그 제조방법에 관한 것이다. 일반적으로 사람에게 있어서 촉각은 시각, 청각의 정보와는 달리 물체와의 매우 세밀한 접촉반력에 관한 정보를 제공함으로서 물체의 재질이나 질감 등을 파악하는 데 매우 중요한 감각중의 하나이다. 따라서 사람의 피부를 모방한 촉각센서는 접촉을 통해 주변환경의 정보, 즉 접촉력, 진동, 표면의 거칠기, 열전도도에 대한 온도변화 등을 감지할 수 있는 것이 필요하다. 촉각센서는 가정용 서비스 지능로봇, 암진단 등의 각종 의료진단 및 시술로봇에 사용될 뿐만 아니라 향후 가상환경 구현기술 및 촉각제시 기술 등의 다양한 분야에서 적용될 수 있다. 종래의 촉각센서는 기존의 반도체 공정기술과 유사한 실리콘웨이퍼 기판위에 마이크로가공기술(MEMS)을 이용하여 제조하는 것이 특징으로 센서 집적화에는 장점이 있다. 그러나 사람의 피부와 같은 유연성을 보장하지 않기 때문에 임의의 곡면에 부착이 가능한 센서로서는 적합하지 않는 단점을 가지고 있다. 따라서, 센서재질 자체를 실리콘웨이퍼가 아닌 PDMS, 폴리우레탄 등 고분자를 사용하는 접근방법이 요구된다. 본 기술은 여러 고분자 재료들 중에서 기계적 물성치(탄성계수, 항복응력 등)가 우수한 폴리이미드 필름을 사용하여 센서를 설계 및 제작하는 기술이다. 특히 본 고분자 재료는 다른 고분자 재료들에 비해 촉각센서 재질로서 중요한 내마모성이 우수하고 마이크로 가공기술이 용이한 것이 큰 특징이다. 본 촉각센서는 수직력, 수평력을 동시에 측정할 수 있을 뿐만 아니라 열전도에 의한 온도감지를 할 수 있기 때문에 사람의 손가락에서 감지 할 수 있는 접촉력(압력, 미끄러짐)과 온도변화를 감지할 수 있다. 센서의 감도를 높일 경우 향후에는 표면의 거칠기 및 접촉하는 물체의 형상을 감지할 수 있는 것으로 기대된다.실리콘웨이퍼를 센서재질로 사용하는 종래의 촉각센서는 정밀한 센서구조를 집적화하는데는 용이하나 유연성이 없기 때문에 임의의 곡면 상에 적용하기 어려운 큰 단점을 갖고 있다. 본 기술은 이런 단점을 극복하고자 유연성 있는 여러 고분자 재료들 중에서 기계적 물성치(탄성계수, 항복응력 등)와 내마모성이 우수한 폴리이미드 필름을 사용한 것이 특징이다. 본 촉각센서는 수직력, 수평력을 동시에 측정할 수 있을 뿐만 아니라 열전도에 의한 온도감지를 할 수 있기 때문에 사람의 손가락에서 감지 할 수 있는 접촉력(압력, 미끄러짐)과 온도변화를 감지할 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한 센서의 감도를 높일 경우 향후에는 표면의 거칠기 및 접촉하는 물체의 형상을 감지할 수 있는 것으로 기대된다. 따라서 센서의 감지기능들을 융합 또는 분리할 경우 센서는 지능로봇뿐만 아니라 다양한 모바일 기기, 오락, 장난감 등에 적용될 수 있을 것이다. 그리고 촉각센서의 구조적인 견고성과 안정성을 확보하기 위한 폴리이미드 필름 기반 마이크로 가공기술은 실리콘웨이퍼 가공기술에 비해 용이하기 때문에 촉각센서가 아닌 다양한 센서(온도센서, 습도센서 등) 및 형상을 제작하는데도 이용될 것이다.