카본 나노 튜브 복합체 기반 신체 기능기 구조 모사 인장 센서 연구 = Study on carbon nanotube composite based mechano receptor’s structure inspired strain sensor

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 인간의 피부내에 존재하는 여러가지 기계수용체 중에서 인장인지에 관여하는 루피니 소체를 구조적, 기능적으로 모사하여 인장센서를 제작하였다. 인장센서의 주재료로는 CNT 와 부가형 경화 러버 폴리머인 Ecoflex를 사용하였다. 진공 필터링으로 제작한CNT sheet 내에 폴리머를 충진시켜 루피니 소체에 존재하는 신경 다발과 유체와 유사한 내부 조성 및 소체를 감싸는 슈반 세포의 역할을 각각 부여하였다. 제작된 센서의 인장에 대한 응답특성 및 진동에 관한 특성을 고찰하였다. 제작된 루피니 모방 센서는 70%의 넓은 인장범위와 38의 Gauge Factor, 그리고 높은 선형성을 나타내었다. 또한, 12000회의 인장을 10000초 동안 장시간의 사용시에 저항 데이터의 안정성에 대해서도 우수한 결과를 보여줌으로써 매우 안정적인 구조임을 확인하였다. 또한 응용 부분으로서는 센서를 손가락 관절에 부착하여 손가락의 움직임에 따라 안정적이고 정량적인 응답 특성을 확인하여 e-skin등에 적용이 가능하다는 것을 제시하였고, 눈 깜빡임, 턱의 움직임, 상박(팔뚝)의 근육 수축 시 부착된 센서가 넓은 주파수 영역에서 작은 인장변화에도 충분히 반응하여 경련 등 순식간에 빠르고 작은 크기로 발생하는 생체 징후를 포착하는 분야에도 응용이 가능함을 보여주었다. 본 연구는 피부의 기계수용체인 루피니 소체를 구조적, 기능적으로 모방했기 때문에 주위 환경에서 발생하는 인장에 관한 물리적 자극에 대해 더 인간친화적으로 안정적으로 받아들였다는 점에서 가치가 있다. 이러한 점에서 인간과 그 주변 환경을 상호친화적으로 이어주거나 인간과 유사하게 인장을 인지하는 것을 필요로 하는 VR, AR, health monitoring과 같은 분야에 유용하게 활용이 가능할 것이다.

목차 (Table of Contents)

• 초록 i
• ABSTRACT iii
• 목차 v
• 표 목차 vi
• 그림 목차 vii
• 기호 설명 xi
• 1장. 서론 1
• 1.1연구 배경 1
• 1.2연구 동향 4
• 1.3연구 내용 5
• 2장. 실 험 7
• 2.1 재료 및 제작 방법 7
• 2.2 측정 방법 10
• 3장. 결과 11
• 3.1 압전 저항 기반 센서의 이론적 배경과 그 성능 지표 11
• 3.2 루피니 센서의 구조 분석 13
• 3.2 루피니 센서의 기계적 특성 분석 19
• 3.3 루피니 센서의 기계적 성능 분석 30
• 3.4 루피니 센서를 이용한 신체 움직임 측정 42
• 4장. 결론 48
• 참고문헌 49