KR102056006B1 - Wearable sensor unit for monitoring biometric information - Google Patents

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장승환
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Abstract

The present invention relates to a wearable sensor unit for biometric information monitoring. According to the present invention, the wearable sensor unit for biometric information monitoring is to monitor biometric information such as temperature and motion states of a dynamic object including a human body. The wearable sensor unit comprises: a main sensor layer which is made of a polymer composite material containing a conductive material to have different impedance values according to each input data when only one of a temperature change and deformation is applied, and outputs one impedance value without distinguishing the influence of temperature and deformation when the temperature change and deformation are simultaneously applied; and a complementary sensor layer which is made of a polymer composite material and is configured to be disposed in a position of being insulated from the main sensor layer to output a separate impedance value distinct from the main sensor layer, and to output an impedance value different from the impedance value according to the temperature change of the main sensor layer and the impedance value according to the deformation when only one of the temperature change and the deformation is applied. Therefore, the wearable sensor unit can accurately sense the biometric information even with a small standard.

Description

생체 정보 모니터링을 위한 웨어러블 센서 유닛{Wearable sensor unit for monitoring biometric information}Wearable sensor unit for monitoring biometric information

본 발명은 생체 정보 모니터링을 위한 웨어러블 센서 유닛에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인체를 포함한 동적 대상체의 온도와 운동상태와 같은 생체 정보를 쉽고 편리하게 모니터링할 수 있도록, 구조가 개선된 생체 정보 모니터링을 위한 웨어러블 센서 유닛에 관한 것이다. The present invention relates to a wearable sensor unit for monitoring biometric information. More particularly, the present invention relates to a biometric information monitoring system having an improved structure to easily and conveniently monitor biometric information such as a temperature and an exercise state of a dynamic object including a human body. It relates to a wearable sensor unit for.

센서분야 투자 기관 및 관련 연구기관의 추산에 따르면 웨어러블 기술 시장은 2025 년까지 700 억 달러 규모의 산업으로 성장할 것으로 예상된다. 이 산업은 지난 5 년간 급속도로 성장해 왔으며, 대표적인 웨어러블 전자 장치로는 신발, 의료용 장치 등 기타 웨어러블 장치 (사람 및 애완 동물용 기기, 군용장비, 피트니스 트래커, 전문 스포츠, 피부 패치, 스마트 의류 및 기타 여러 응용 프로그램)등이 있다. Estimates from sensor investment firms and research institutes predict that the wearable technology market will grow into a $ 70 billion industry by 2025. The industry has grown rapidly over the last five years, and representative wearable electronics include footwear, medical devices and other wearable devices (such as human and pet devices, military equipment, fitness trackers, professional sports, skin patches, smart clothing and many others). Application).

이러한 웨어러블 장치 산업은, 헬스케어 산업의 성장과 함께 더욱 각광받고 있는 분야로 인식되고 있다. 특히, 인체에 직접 부착되어서 인체의 온도와 같은 생체 바이오 정보를 획득하기 위한 기술과 인체에 착용되는 웨어러블 기기에 탑재되어서 인체의 동적 거동에 관한 생체 정보를 획득하는 기술이 각광받고 있는 실정이다. The wearable device industry is recognized as an area that is getting more and more attention with the growth of the healthcare industry. In particular, technology for obtaining bio-bio information such as the temperature of the human body directly attached to the human body and mounted on a wearable device worn by the human body have been in the spotlight.

그러나, 이러한 기술의 경우 이론적으로 기능 구현이 가능하기는 하나, 실제 웨어러블 기기에 채용될 수 있도록 작은 규격을 가진 신뢰성 있는 제품 개발이 쉽지 않은 문제점이 있고, 인체의 생체 정보는 온도와 동적 움직임 등 다양한 데이터가 혼재되어 있기 때문에 온도나 동적 거동 각각에 대한 데이터를 구별하여 획득할 수 없는 문제점이 있었다.However, in the case of such a technology, the functional implementation is theoretically possible, but it is not easy to develop a reliable product having a small size so that it can be adopted in a real wearable device. Since data is mixed, there is a problem in that data for each temperature or dynamic behavior cannot be obtained separately.

-관련 선행문헌 등록특허공보 등록번호 제10-1786531호 -Related Patent Document Publication No. 10-1786531

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 인체 또는 인체에 착용되는 웨어러블 기기의 온도와 동적 거동 정보를 구별하여 획득할 수 있게 하여, 작은 규격으로도 정밀하게 생체 정보를 센싱할 수 있게 하는 생체 정보 모니터링을 위한 웨어러블 센서 유닛을 제공하고자 하는 것이다. The present invention has been made to solve the above problems, the object of the present invention is to be able to obtain the temperature and dynamic behavior information of the wearable device to be worn on the human body or the human body to distinguish and obtain a living body, even with a small standard precisely An object of the present invention is to provide a wearable sensor unit for monitoring biometric information that can sense information.

상기 목적을 달성하기 위한 생체 정보 모니터링을 위한 웨어러블 센서 유닛은, 인체를 포함한 동적 대상체의 온도와 운동상태와 같은 생체 정보를 모니터링하기 위한 것으로, 온도 변화와 변형 중 어느 하나만의 입력이 인가된 경우에 각각의 입력 데이터에 따른 서로 다른 임피던스 값을 갖도록 전도성 물질을 포함한 고분자 복합재료로 이루어지고, 온도 변화와 변형이 동시에 작용하는 경우에 온도와 변형에 의한 영향의 구별없이 하나의 임피던스 값을 출력시키는 메인 센서층; 및 상기 고분자 복합재료로 이루어지고 상기 메인 센서층과 절연 가능한 위치에 배치되어서 그 메인 센서층과 구별되는 별개의 임피던스 값을 출력시키고, 온도 변화와 변형 중 어느 하나만의 입력이 인가된 경우에 상기 메인 센서층의 온도 변화에 따른 임피던스 값 및 변형에 따른 임피던스 값과는 각각 다른 임피던스 값을 출력시키는 보완 센서층;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. The wearable sensor unit for monitoring the biometric information for achieving the above object is to monitor the biometric information such as the temperature and the motion state of the dynamic object including the human body. It is composed of a polymer composite material containing a conductive material to have different impedance values according to each input data, and the main output unit outputs one impedance value without distinguishing the influence of temperature and deformation when the temperature change and deformation are simultaneously applied. Sensor layer; And the polymer composite material and disposed at a position insulated from the main sensor layer to output a separate impedance value distinguished from the main sensor layer, when the input of only one of temperature change and deformation is applied. And a complementary sensor layer configured to output an impedance value different from the impedance value according to the temperature change of the sensor layer and the impedance value according to the deformation, respectively.

상기 고분자 복합재료는, 임피던스 값이 온도에 따라 서로 다른 값이 출력되도록, 초전도성 특성을 가지는 전기활성고분자 물질과, 임피던스 값이 변형에 따라 서로 다르게 출력되도록, 전도성 물질을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. The polymer composite material may include an electroactive polymer material having superconducting properties such that impedance values are output differently according to temperature, and a conductive material so that the impedance values are differently output according to deformation.

상기 전도성 물질은 PEDOT:PSS 이고, 상기 전기활성고분자 물질은 PVDF 계열인 것이 바람직하다. Preferably, the conductive material is PEDOT: PSS, and the electroactive polymer material is PVDF-based.

상기 고분자 복합재료는, 상기 전도성 특성 향상을 위해 탄소나노튜브(CNT)를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. The polymer composite material is preferably made of carbon nanotubes (CNT) further to improve the conductive properties.

상기 고분자 복합재료는, 상기 메인 센서층과 보완 센서층의 신축성 확보를 위해 PDMS 물질을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. Preferably, the polymer composite material includes a PDMS material to secure elasticity of the main sensor layer and the complementary sensor layer.

상기 보완 센서층은, 온도와 변형 중 어느 하나만의 영향에 의한 임피던스 값을 출력시킬 수 있도록, 상기 전도성 물질과 전기활성고분자 물질의 함량비가 상기 메인 센서층과는 다른 것이 바람직하다. In the complementary sensor layer, the content ratio of the conductive material and the electroactive polymer material may be different from that of the main sensor layer so as to output an impedance value due to only one of temperature and deformation.

본 발명에 의한 생체 정보 모니터링을 위한 웨어러블 센서 유닛은, 온도 변화와 외력의 크기에 따라 서로 다른 임피던스 값을 출력하는 메인 센서층을 포함하여서 인체나 웨어러블 기기와 함께 사용되는 경우 인체의 온도에 따른 생체 정보와 동적 거동에 따른 생체 정보를 모두 획득하여 개인 맞춤형 헬스케어 또는 의료복지 증진에 기여할 수 있는 장점과, 전도성 물질을 포함한 고분자 복합재료에 의해 얇은 필름이나 리본 또는 직물 구조 등 다양한 형태로 구현될 수 있어서 인체나 다양한 웨어러블 기기에 적용할 수 있는 장점을 가진다.The wearable sensor unit for monitoring biometric information according to the present invention includes a main sensor layer that outputs different impedance values according to temperature change and magnitude of external force, and when used with a human body or a wearable device, It has the advantage of contributing to personalized healthcare or medical welfare by acquiring both biometric information according to the information and dynamic behavior, and it can be realized in various forms such as thin film, ribbon or fabric structure by polymer composite material including conductive material. There is an advantage that can be applied to the human body or various wearable devices.

또한, 본 실시예는, 메인 센서층과는 다른 임피던스 값을 출력시키는 보완 센서층을 포함하여서 메인 센서층의 온도에 따른 임피던스 값과 동적 거동에 의한 변형에 따른 임피던스 값들 중 어느 하나의 값을 무시할 정도로 상쇄시킬 수 있게 함으로써, 실제 본 실시예를 인체나 웨어러블 기기에 적용하여 사용하는 경우 온도의 변화에 따른 생체 정보와 동적 거동에 따른 생체 정보를 구별하여 획득할 수 있게 하는 장점을 기대할 수 있게 한다.In addition, the present embodiment includes a complementary sensor layer that outputs an impedance value different from that of the main sensor layer, so that any one of the impedance values according to the deformation of the main sensor layer and the deformation caused by the dynamic behavior may be ignored. By offsetting to the extent that the present embodiment is applied to a human body or a wearable device, it is possible to expect an advantage of distinguishing and obtaining biometric information according to a change in temperature and biometric information according to dynamic behavior. .

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 생체 정보 모니터링을 위한 웨어러블 센서 유닛의 평면도.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선단면도.
도 3은 본 발명 일실시예의 온도 변화에 따른 임피던스 응답 특성을 보인 그래프.
도 4는 본 발명 일실시예의 외력에 의한 변형에 따른 임피던스 응답 특성을 보인 그래프.
도 5는 본 발명 일실시예의 제작 과정 및 구현예를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 모니터링을 위한 웨어러블 센서 유닛의 단면도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 생체 정보 모니터링을 위한 웨어러블 센서 유닛의 단면도.1 is a plan view of a wearable sensor unit for monitoring biometric information according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II of FIG. 1; FIG.
Figure 3 is a graph showing the impedance response characteristics according to the temperature change of one embodiment of the present invention.
Figure 4 is a graph showing the impedance response characteristics according to the deformation caused by the external force of one embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining the production process and implementation of the embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view of the wearable sensor unit for monitoring biometric information according to another embodiment of the present invention.
7 is a wearable for monitoring biometric information according to another embodiment of the present invention. Cross section of the sensor unit.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 생체 정보 모니터링을 위한 웨어러블 센서 유닛을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a wearable sensor unit for monitoring biometric information according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 생체 정보 모니터링을 위한 웨어러블 센서 유닛의 평면도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선단면도이며, 도 3은 본 발명 일실시예의 온도 변화에 따른 임피던스 응답 특성을 보인 그래프이며, 도 4는 본 발명 일실시예의 외력에 의한 변형에 따른 임피던스 응답 특성을 보인 그래프이며, 도 5는 본 발명 일실시예의 제작 과정 및 구현예를 설명하기 위한 도면이다.1 is a plan view of a wearable sensor unit for monitoring biometric information according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG. 1, and FIG. 3 is an impedance response according to a temperature change in an embodiment of the present invention. Figure 4 is a graph showing the characteristics, Figure 4 is a graph showing the impedance response characteristics according to the deformation caused by the external force of one embodiment of the present invention, Figure 5 is a view for explaining the manufacturing process and implementation of an embodiment of the present invention.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 생체 정보 모니터링을 위한 웨어러블 센서 유닛은, 인체를 포함한 동적 대상체의 온도와 운동상태와 같은 생체 정보를 모니터링하여 그 결과를 개인별 헬스케어를 위한 데이터로 활용하기 위한 것으로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 서로 절연 가능한 위치에 배치되는 메인 센서층(1)과 보완 센서층(2)을 포함하여 이루어진다.As shown in these figures, the wearable sensor unit for monitoring the biometric information according to an embodiment of the present invention, by monitoring the biometric information such as the temperature and exercise state of the dynamic object including the human body and the result of personal health care 1 and 2, the main sensor layer 1 and the complementary sensor layer 2 are disposed at positions insulated from each other as shown in FIGS. 1 and 2.

상기 메인 센서층(1)은, 임피던스 값의 변화를 통해 온도나 변형에 의한 영향을 분석할 수 있도록, 전도성 물질을 포함한 고분자 복합재료를 포함하여 이루어진다.The main sensor layer 1 includes a polymer composite material including a conductive material so as to analyze the influence of temperature or deformation through the change of the impedance value.

이러한 메인 센서층(1)은, 도 3과 도 4에 잘 도시된 바와 같이, 온도 변화와 변형 중 어느 하나만의 입력이 인가되는 실험적 환경에서는 각각의 입력 데이터에 따른 서로 다른 임피던스 값을 출력시킨다. 그러나, 상기 메인 센서층(1)이 인체나 웨어러블 기기와 함께 사용되는 실적용 사례의 경우 같은 시간에 온도와 변형이 동시에 작용하기 때문에 온도와 변형에 의한 영향의 구별없이 하나의 임피던스 값을 출력시킨다. As illustrated in FIGS. 3 and 4, the main sensor layer 1 outputs different impedance values according to respective input data in an experimental environment in which only one of temperature change and deformation is applied. However, in the case of the case where the main sensor layer 1 is used together with the human body or the wearable device, since the temperature and the deformation simultaneously act at the same time, one impedance value is output without distinguishing the influence of the temperature and the deformation. .

이러한 메인 센서층(1)은 다양한 고분자 복합재료에 의해 구현시킬 수 있으나, 본 실시예에서는 활성층용 잉크를 제작한 후 그 잉크를 도 5에 도시된 자동필름도포기(4)나 스핀코터 등을 이용하여 PET 기판과 같은 얇은 필름 상에 코팅 후 경화시키는 방식으로 제작된다. 이러한 메인 센서층(1)은, 적용되는 제품의 요구되는 기능이나 구조에 따라 필름이나 리본 형태 또는 직물 구조로 다양하게 구현될 수 있음은 물론이다. The main sensor layer 1 may be implemented by various polymer composite materials, but in the present embodiment, the ink for the active layer is manufactured, and the ink is applied to the automatic film spreader 4 or the spin coater shown in FIG. It is produced by coating and curing on a thin film such as a PET substrate. The main sensor layer 1, of course, can be implemented in a variety of film or ribbon form or fabric structure depending on the required function or structure of the product to be applied.

본 실시예에 채용된 메인 센서층(1)의 제조 과정을 설명하면 다음과 같다. The manufacturing process of the main sensor layer 1 employed in this embodiment is as follows.

즉, 상기 메인 센서층(1)이 온도나 외력에 따라 다른 임피던스 값을 출력시킬 수 있게 하기 위해서는 활성층용 잉크가 준비되어야 한다. That is, in order to enable the main sensor layer 1 to output different impedance values according to temperature or external force, an active layer ink should be prepared.

1)활성층용 잉크 준비1) Preparation of ink for active layer

우선 20 mL의 DMSO 용매 중 5 wt / vol % PVDF 용액(제1용액)을 제조하여 제형화한 후, 그 제1용액을 60 ℃에서 4 시간 동안 1200rpm의 자기(magnetic) 교반기에서 유지시키고, PEDOT : IPS (이소 프로필 알콜, C3H8, 순도 99.5 %)에 5w% 및 10w%의 PEDOT : PSS 페이스트를 용해시켜 제조한 PVDF / PEDOT : PSS를 상기 제1용액에 격렬하게 진탕한 후 10 분간 초음파 처리하고, 1000 rpm 및 30 ℃에서 2 시간 동안 자기 교반기로 교반시켜 PVDF / PEDOT : PSS 잉크(제1잉크)를 제작한다. First, a 5 wt / vol% PVDF solution (first solution) in 20 mL of DMSO solvent was prepared and formulated, and then the first solution was maintained at 1200 rpm in a magnetic stirrer for 4 hours at 60 ° C, and PEDOT : PVDF / PEDOT prepared by dissolving 5w% and 10w% PEDOT: PSS paste in IPS (isopropyl alcohol, C 3 H 8 , purity 99.5%) 10 minutes after vigorously shaking the PSS in the first solution Sonicate and stir with a magnetic stirrer at 1000 rpm and 30 ° C. for 2 hours to produce PVDF / PEDOT: PSS ink (first ink).

이러한 PVDF / PEDOT : PSS 잉크 제작 과정과는 별개로, 0.3 % SWCNT (> 90 % 탄소 기준)를 각각 DMSO 10ml에 분산시키고 프로브를 5 초 펄스-온 및 3 초 펄스-오프로 10 분 동안 초음파 처리하여 SWCNT 잉크를 제작한 다음, 그 SWCNT 잉크를 상기 PVDF / PEDOT : PSS 잉크에 혼합하여 SWCNT로 충진된 이원성 중합체 매트릭스의 복합 잉크를 형성한다.Apart from these PVDF / PEDOT: PSS ink making processes, 0.3% SWCNT (based on> 90% carbon) is dispersed in 10 ml of DMSO, respectively, and the probe is sonicated for 10 minutes with 5 seconds pulse-on and 3 seconds pulse-off. SWCNT ink was prepared, and then the SWCNT ink was mixed with the PVDF / PEDOT: PSS ink to form a composite ink of binary polymer matrix filled with SWCNT.

한편, PDMS를 베이스 중합체와 경화제를 10 : 1의 비율로 혼합하여 별도의 플라스틱 비이커에서 제작하고, 혼합물의 균일한 혼합을 보장하기 위해 플라스틱 막대의 도움으로 3 분 동안 연속적으로 혼합한다. PDMS, on the other hand, is made in a separate plastic beaker by mixing the base polymer and the curing agent in a ratio of 10: 1, and mixed continuously for 3 minutes with the aid of a plastic rod to ensure uniform mixing of the mixture.

이러한 혼합물인 PDMS 매트릭스에 상기 SWCNT로 충진된 이원성 중합체 매트릭스의 복합 잉크를 천천히 혼합하고 새로운 혼합물을 완전하고 균일하게 혼합하기 위해 5 분 동안 격렬하게 교반한 후, 모든 거품이 제거 될 때까지 혼합물을 1 시간 동안 정치시키는 것에 의해, 본 발명의 일실시예에 채용되는 메인 센서층(1)의 제조에 사용될 활성층용 잉크의 준비가 완료된다. Slowly mix the composite ink of the binary polymer matrix filled with the SWCNT into this mixture PDMS matrix and vigorously stir for 5 minutes to mix the new mixture completely and evenly, and then mix the mixture until all bubbles are removed. By allowing it to stand for a time, preparation of the ink for the active layer to be used in the manufacture of the main sensor layer 1 employed in one embodiment of the present invention is completed.

이와 같은 활성층용 잉크의 제조방법과 절차는 센서의 용도 및 적용부의 상태에 따라 약간의 변화가 있을 수 있음은 물론이다. Such a method and procedure for preparing an active layer ink may vary slightly depending on the use of the sensor and the state of the application part.

2)센서2) sensor 구조 형성 Structure formation

상기 메인 센서층(1)의 구현예인 센서는, PET 기판과 같은 얇은 필름 상에 제조된 박막과 전기적 측정을 위한 전극인 전극용 기판으로 구성된다. 상기 전극용 기판은, 구리 기판인 것이 바람직하나, 전기저항이 낮은 다른 전극물질로 구현할 수 있음은 물론이고, 얇을수록 좋으므로 실버나노와이어 (AgNW)가 포함된 전극층도 가능하며, 탄소나노튜브(CNT)와 같은 고전도성 입자가 포함된 박판인 것도 가능하다. The sensor, which is an embodiment of the main sensor layer 1, is composed of a thin film manufactured on a thin film such as a PET substrate and a substrate for an electrode which is an electrode for electrical measurement. The electrode substrate is preferably a copper substrate, but can be implemented with other electrode materials having low electrical resistance, and of course, the thinner the better, the electrode layer containing silver nanowires (AgNW) is also possible. It is also possible to be a thin plate containing highly conductive particles such as CNT).

즉, PET 기판을 비누, 탈 이온수 (DI water), 아세톤 및 이소 프로필 알코올 (IPA) 순차적으로 세정하고, 30 초 동안 UV 플라즈마로 처리하여 기판 표면상의 임의의 잔류 물을 제거시킨다. That is, the PET substrate is washed sequentially with soap, deionized water (DI water), acetone and isopropyl alcohol (IPA) and treated with UV plasma for 30 seconds to remove any residual water on the substrate surface.

이와 같이 준비된 PET 기판 상에, 상기 활성층용 잉크를 도 5에 도시된 자동 필름 도포기를(ZEHNTNER ZAA 2300)를 사용하여 코팅 및 경화시키는 것에 의해 필름 형태를 가진 메인 센서층(1)의 제작이 완료된다. On the PET substrate thus prepared, the production of the main sensor layer 1 having a film form was completed by coating and curing the ink for the active layer using the automatic film applicator (ZEHNTNER ZAA 2300) shown in FIG. 5. do.

이러한 메인 센서층(1)은 필름 형태로 사용될 수 있음은 물론이나, 도 5에 도시된 바와 같이, 10mm Х 2mm의 스트립으로 절단됨으로써 리본 형태로 구현될 수 있고, 나아가 직조된 직물(WSN 3k 평직 탄소 섬유 프리프 레그)에 수동으로 직조하여 스마트 패브릭 구조로 구현됨으로써 직물 센서로도 활용될 수 있음은 물론이다. 한편, 상기 전극은 전기 측정을 수행하기 위해 직물 센서의 끝 부분에 연결된다.This main sensor layer 1 can be used in the form of a film, of course, as shown in Figure 5, can be implemented in the form of a ribbon by cutting into a strip of 10mm Х 2mm, and furthermore a woven fabric (WSN 3k plain weave By manually woven into the carbon fiber prepreg, the smart fabric structure can be used as a fabric sensor. On the other hand, the electrode is connected to the end of the fabric sensor to perform electrical measurements.

이상 본 발명의 일실시예에 채용되는 메인 센서층(1)의 제작 과정에 대해 설명하였다.The manufacturing process of the main sensor layer 1 employed in the embodiment of the present invention has been described above.

본 실시예는 온도와 외력에 대한 임피던스 값이 하나의 신호로 출력되는 메인 센서층(1)의 센싱 기능을 보완하기 위해, 그 메인 센서층(1)과 유기적으로 결합되는 보완 센서층(2)을 더 포함하여 이루어진다. In this embodiment, the complementary sensor layer 2 organically coupled to the main sensor layer 1 to complement the sensing function of the main sensor layer 1 in which impedance values for temperature and external force are output as one signal. It further comprises.

상기 보완 센서층(2)은, 상기 메인 센서층(1)과 마찬가지로 고분자 복합재료로 이루어지나, 예컨대 고분자 복합재료를 구성하는 물질들 중 온도 또는 외력에 의한 영향을 받는 물질의 비율을 상기 메인 센서층(1)과는 다르게 구성함으로써 상기 메인 센서층(1)과 구별되는 별개의 임피던스 값을 출력시킨다. The complementary sensor layer 2 is made of a polymer composite material similar to the main sensor layer 1, but for example, a ratio of a material affected by temperature or external force among the materials constituting the polymer composite material is measured by the main sensor. By configuring differently from the layer 1, a separate impedance value distinguished from the main sensor layer 1 is output.

이러한 보완 센서층(2)도, 상기 메인 센서층(1)과 마찬가지로 실제 사용 환경이 아닌 실험적 환경에서는 온도 변화와 변형 중 어느 하나만의 입력이 인가된 경우에 상기 메인 센서층(1)의 온도 변화에 따른 임피던스 값 및 변형에 따른 임피던스 값과는 각각 다른 임피던스 값을 출력시키기는 하나, 온도 변화에 따른 임피던스 값과 변형에 따른 임피던스 값 중 어느 하나가 다른 하나에 비해 무시할 정도로 작게 출력되게 구성되는 점에서 상기 메인 센서층(1)과 차이가 있다.Like the main sensor layer 1, the complementary sensor layer 2 also has a temperature change of the main sensor layer 1 when an input of only one of temperature change and deformation is applied in an experimental environment that is not an actual use environment. Although it outputs an impedance value different from the impedance value according to and the impedance value according to the deformation, it is configured so that any one of the impedance value according to the temperature change and the impedance value according to the deformation is negligibly smaller than the other one Is different from the main sensor layer (1).

이러한 구성을 가지는 본 발명의 일실시예에 따른 생체 정보 모니터링을 위한 웨어러블 센서 유닛은, 온도 변화와 변형 정도에 따라 서로 다른 임피던스 값을 출력하는 메인 센서층(1)을 포함하여서 인체나 웨어러블 기기와 함께 사용되는 경우 인체의 온도에 따른 생체 정보와 동적 거동에 따른 생체 정보를 모두 획득하여 개인 맞춤형 헬스케어 또는 의료복지 증진에 기여할 수 있는 장점과, 전도성 물질을 포함한 고분자 복합재료에 의해 얇은 필름이나 리본 또는 직물 구조 등 다양한 형태로 구현될 수 있어서 인체나 다양한 웨어러블 기기에 적용할 수 있는 장점을 가진다.Wearable sensor unit for monitoring biometric information according to an embodiment of the present invention having such a configuration, including the main sensor layer (1) for outputting different impedance values according to the temperature change and the degree of deformation and the human body or wearable device and When used together, it can acquire both biometric information according to the temperature of the human body and biometric information according to the dynamic behavior and contribute to personalized healthcare or medical welfare enhancement, and thin film or ribbon by polymer composite material containing conductive material Or can be implemented in a variety of forms, such as fabric structure has the advantage that can be applied to the human body or various wearable devices.

무엇보다도 본 실시예는, 메인 센서층(1)과는 다른 임피던스 값을 출력시키는 보완 센서층(2)을 포함하여서 메인 센서층(1)의 온도에 따른 임피던스 값과 동적 거동에 의한 변형에 따른 임피던스 값들 중 어느 하나의 값을 무시할 정도로 상쇄시킬 수 있게 함으로써, 실제 본 실시예를 인체나 웨어러블 기기에 적용하여 사용하는 경우 온도의 변화에 따른 생체 정보와 동적 거동에 따른 생체 정보를 구별하여 획득할 수 있게 하는 장점을 기대할 수 있게 한다.Above all, the present embodiment includes a complementary sensor layer 2 which outputs an impedance value different from that of the main sensor layer 1, and thus the deformation due to the impedance value and the dynamic behavior of the main sensor layer 1 according to the temperature. By allowing one of the impedance values to be canceled to a negligible level, when the present embodiment is applied to a human body or a wearable device, the biometric information according to the temperature change and the biometric information according to the dynamic behavior may be distinguished and obtained. You can expect the benefits of being able to.

이와 같이 본 실시예에 채용된 보완 센서층(2)은, 온도와 변형 중 어느 하나만의 영향에 의한 임피던스 값을 출력시킬 수 있도록, 상기 전도성 물질과 전기활성고분자 물질의 함량비가 상기 메인 센서층(1)과는 다르게 구성되는 것이 바람직하고, 예컨대, 전도성 물질과 전기활성고분자 물질 중 어느 하나가 마련되어 있지 않아 온도에 따른 임피던스 값만을 출력시키거나 변형 거동에 따른 임피던스 값만을 출력시키도록 구성될 수 있다.As described above, in the complementary sensor layer 2 employed in the present embodiment, the content ratio of the conductive material and the electroactive polymer material is such that the content ratio of the conductive material and the electroactive polymer material may be output so that the impedance value due to only one of temperature and deformation is output. It is preferably configured differently from 1), and for example, it may be configured to output only the impedance value according to the temperature or only the impedance value according to the deformation behavior since one of the conductive material and the electroactive polymer material is not provided. .

도면 중 미설명부호 3은 상기 메인 센서층(1)과 보완 센서층(2)을 인체나 웨어러블 기기에 부착시키기 위한 매개체 역할을 하는 얇은 필름(예를 들어, PET 기판)이다. In the drawing, reference numeral 3 is a thin film (for example, a PET substrate) serving as a medium for attaching the main sensor layer 1 and the complementary sensor layer 2 to a human body or a wearable device.

한편, 상기 메인 센서층(1)의 제작에 사용되는 고분자 복합재료는 전도성 물질과 전기활성고분자 물질을 포함하는 다양한 복합재료에 의해 구현할 수 있음은 물론이다. On the other hand, the polymer composite material used in the production of the main sensor layer 1 can be implemented by a variety of composite materials including a conductive material and an electroactive polymer material.

상기 전도성 물질은, 임피던스 값이 온도에 따라 서로 다르게 출력되도록, 널리 알려져 있는 초전도성 (Pyroelectricity) 특성을 가진 전기활성고분자와 같은 다양한 물질 (PVDF 계열)에 의해 구현이 가능하고, 상기 전도성 물질은, 전기전도성이 우수한 CNT, 은나노와이어, PEDOT:PSS 등 다양한 물질로 구현될 수 있음은 물론이다. The conductive material may be implemented by various materials (PVDF series) such as electroactive polymers having well-known pyroelectricity properties such that impedance values are output differently according to temperature, and the conductive material may be electrically Of course, it can be implemented with a variety of materials, such as excellent conductivity CNT, silver nanowires, PEDOT: PSS.

상기 전기활성고분자 물질은 외력에 의해 변형되는 경우 전압을 생성하는 특징을 갖는 모든 물질을 의미한다. 예를 들어, 상기 메인 센서층(1)은 이완 강유전성(Relaxor ferroelectric)의 기작으로 거동하는 PVDF 계열의 전기활성고분자 물질을 포함하여 구성될 수 있다. The electroactive polymer material refers to any material having a characteristic of generating a voltage when deformed by an external force. For example, the main sensor layer 1 may include a PVDF-based electroactive polymer material that behaves as a mechanism of relaxation ferroelectric.

본 실시예에 채용된 전도성 물질은 변형 에 대한 응답특성이 향상되도록, 앞에서 설명한 공정에 의해 제작된 PEDOT:PSS 이고, 상기 전기활성고분자 물질은 온도변화에 대한 응답특성이 향상되도록, PVDF 계열인 것이 바람직하다. The conductive material employed in this embodiment is PEDOT: PSS fabricated by the above-described process so that the response property to deformation is improved, and the electroactive polymer material is PVDF series to improve the response property to temperature change. desirable.

그리고, 상기 고분자 복합재료는, 상기 활성층용 잉크 제작 공정에서 설명한 바와 같이, 전도성 특성 향상을 위해 탄소나노튜브(CNT)와 은나노와이어(AgNW) 중 어느 하나를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.The polymer composite material may further include any one of carbon nanotubes (CNT) and silver nanowires (AgNW) in order to improve conductivity characteristics, as described in the active layer ink fabrication process.

PEDOT:PSS 및 CNT는 전도성 물질이므로 센서필름 내에서 전하(Charge)를 효과적으로 이동시키는 역할을 한다. CNT가 전도성이 매우 높은 재료이므로 전자의 이동을 용이하게 하며, 우수한 기계적 물성에 기인하여 센서를 기계적으로 안정적인 상태가 될 수 있도록 해주는 역할을 한다. PEDOT:PSS도 전도성 특성을 가지고 있으며, 특히 센서 필름 내에서 전자의 터널링 효과를 위한 긴 네트워크(networks)를 형성해주는 역할을 한다.Since PEDOT: PSS and CNT are conductive materials, they serve to effectively transfer charges in the sensor film. Since CNT is a highly conductive material, it facilitates the movement of electrons and serves to make the sensor mechanically stable due to its excellent mechanical properties. PEDOT: PSS also has conductive properties, especially in the sensor film to form long networks for the tunneling effect of electrons.

또한, 상기 고분자 복합재료는, 상기 메인 센서층(1)과 보완 센서층(2)의 신축성 확보를 위해 PDMS 물질을 포함하여 이루어져서, 웨어러블 기기에 본 실시예를 적용할 경우 착용감을 좋게 하여 사용자 편리성 및 제품 신뢰도를 향상시킬 수 있게 한다. In addition, the polymer composite material, including the PDMS material to ensure the elasticity of the main sensor layer (1) and the complementary sensor layer (2), when the present embodiment is applied to a wearable device to improve the user's comfort Improve performance and product reliability.

한편, 본 실시예에서 상기 메인 센서층(1)과 보완 센서층(2)은, 얇을 필름(예들 들어, PET 기판)(3)에 간격을 두고 나란히 배열되나, 도 6에 잘 도시된 바와 같이, 적층 구조로 배열되는 것도 가능하다. Meanwhile, in the present embodiment, the main sensor layer 1 and the complementary sensor layer 2 are arranged side by side at intervals on the thin film (for example, PET substrate) 3, but as shown in FIG. 6 well. It is also possible to arrange in a laminated structure.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생체 정보 모니터링을 위한 웨어러블 센서 유닛의 단면도이다.6 is a cross-sectional view of a wearable sensor unit for monitoring biometric information according to another embodiment of the present invention.

본 실시예에 채용된 메인 센서층(5)과 보완 센서층(7)은, 절연층(61)을 사이에 두고 배치됨으로써 적층 구조를 형성시킨다. The main sensor layer 5 and the complementary sensor layer 7 employed in this embodiment are arranged with the insulating layer 61 interposed therebetween to form a laminated structure.

이러한 실시예의 경우, 상기 메인 센서층(5)과 보완 센서층(7) 중 어느 하나, 바람직하게는 보완 센서층(7)이 변형에 의한 영향이 작게 되도록, 상대적으로 얇은 두께로 센서유닛 단면의 중앙부에 배치되는 것이 바람직하다. 센서 구조의 두께방향 대칭성을 고려하여 양 외부 표면에는 “ 메인 센서층(5)”으로 구성하고, 그 사이 중앙부는 “보완 센서층(7)”으로 구성하여 배치하는 것이 바람직하다.In this embodiment, any one of the main sensor layer 5 and the complementary sensor layer 7, preferably the complementary sensor layer 7, has a relatively thin thickness so that the effect of deformation is reduced. It is preferable to arrange in a center part. In consideration of the thickness direction symmetry of the sensor structure, it is preferable to configure the main sensor layer 5 on both outer surfaces, and the center portion between the complementary sensor layers 7.

이러한 구성을 가지는 본 실시예는, 상기 보완 센서층(7)이 외력에 의한 영향이 가장 작게 작용될 수 있도록 중앙부에 위치됨으로써, 온도에 의한 임피던스 값만을 출력할 수 있게 하여 메인 센서층(5)의 복합 신호값 중 온도에 의한 임피던스 값을 변형 거동에 의한 임피던스 값과 쉽고 정확하게 구별할 수 있게 하는 장점을 가진다. In this embodiment having such a configuration, the complementary sensor layer (7) is located in the center so that the influence of the external force is the smallest, it is possible to output only the impedance value due to the temperature so that the main sensor layer (5) Among the complex signal values of, the impedance due to temperature can be easily and accurately distinguished from the impedance due to deformation behavior.

도면 중 미설명부호 8은 상기 보완 센서층(7)을 형성시키기 위한 베이스 역할을 하는 얇은 필름 (예를 들어, PET 기판)이고, 62는 상기 얇은 필름 (예를 들어, PET 기판)(8)과 보완 센서층(7)을 절연시키기 위한 절연층 또는 결합을 위한 점착층이다.In the drawings, reference numeral 8 is a thin film (eg, PET substrate) serving as a base for forming the complementary sensor layer 7, and 62 is the thin film (eg, PET substrate) 8. And an insulating layer for insulating the complementary sensor layer 7 or an adhesive layer for bonding.

나아가, 도 7에 잘 도시된 바와 같이, 상기 메인 센서층(91)과 보완 센서층(92) 중 어느 하나(92)는, 변형에 의한 영향이 더욱 작게 되도록, 필라멘트 형태의 코일링된 구조로 이루어지는 것도 가능하다. Furthermore, as shown in FIG. 7, one of the main sensor layer 91 and the complementary sensor layer 92 has a coiled structure in the form of a filament so that the influence of deformation is further reduced. It is also possible.

한편, 본 발명의 다른 실시예에서는 도시되지는 않았으나, 온도와 변형이 모두 발생하는 위치에 메인 센서층을 배치하고, 보완 센서층은 변형이 발생하지 않는 부분에 배치함으로써, 메인 센서층에서 출력된 복합신호(온도와 변형에 따른 신호값이 구별됨이 없는 하나의 신호)에서 온도에만 영향을 받는 보완 센서층의 출력 신호를 제거함으로써, 변형에 의한 신호를 복합신호에서 구별해 낼 수 있게 된다. On the other hand, although not shown in another embodiment of the present invention, by arranging the main sensor layer in the position where both the temperature and deformation occurs, and the complementary sensor layer is disposed in the portion where the deformation does not occur, the output from the main sensor layer By removing the output signal of the complementary sensor layer which is only affected by temperature from the composite signal (a signal whose temperature and deformation are not distinguishable), the signal due to the deformation can be distinguished from the composite signal.

이상 본 발명의 다양한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다. Although various embodiments of the present invention have been described above, the present embodiment and the accompanying drawings are only clearly showing a part of the technical spirit included in the present invention, and are included in the specification and drawings of the present invention. Modifications and specific embodiments that can be easily inferred by those skilled in the art within the scope of the technical idea will be apparent to be included in the scope of the present invention.

1:메인 센서층 2:보완 센서층
3:얇은 필름 4:자동필름도포기1: main sensor layer 2: complementary sensor layer
3: thin film 4: automatic film spreader

Claims (10)

인체를 포함한 동적 대상체의 온도와 운동상태와 같은 생체 정보를 모니터링하기 위한 것으로,
온도 변화와 변형 중 어느 하나만의 입력이 인가된 경우에 각각의 입력 데이터에 따른 서로 다른 임피던스 값을 갖도록 전도성 물질을 포함한 고분자 복합재료로 이루어지고, 온도 변화와 변형이 동시에 작용하는 경우에 온도와 변형에 의한 영향의 구별없이 하나의 임피던스 값을 출력시키는 메인 센서층; 및
상기 고분자 복합재료로 이루어지고 상기 메인 센서층과 절연 가능한 위치에 배치되어서 그 메인 센서층과 구별되는 별개의 임피던스 값을 출력시키고, 온도 변화와 변형 중 어느 하나만의 입력이 인가된 경우에 상기 메인 센서층의 온도 변화에 따른 임피던스 값 및 변형에 따른 임피던스 값과는 각각 다른 임피던스 값을 출력시키는 보완 센서층;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 생체 정보 모니터링을 위한 웨어러블 센서 유닛.For monitoring biometric information such as temperature and exercise state of dynamic objects including the human body,
It is composed of polymer composite material containing conductive material to have different impedance value according to each input data when only one of temperature change and deformation is applied, and temperature and deformation when temperature change and deformation simultaneously work. A main sensor layer for outputting one impedance value without discriminating the influence caused by the sensor; And
The main sensor is made of the polymer composite material and is disposed at a position insulated from the main sensor layer to output a separate impedance value distinguished from the main sensor layer, and the main sensor is applied when only one of temperature change and deformation is applied. And a complementary sensor layer configured to output an impedance value different from the impedance value according to the temperature change of the layer and the impedance value according to the deformation, respectively. 제1항에 있어서,
상기 고분자 복합재료는, 임피던스 값이 변형에 따라 서로 다른 값이 출력되도록, 전도성 특성을 가지는 전도성 물질과, 임피던스 값이 온도에 따라 서로 다르게 출력되도록, 전기활성고분자 물질을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 생체 정보 모니터링을 위한 웨어러블 센서 유닛. The method of claim 1,
The polymer composite material may include a conductive material having a conductive property such that the impedance value is output according to the deformation, and an electroactive polymer material such that the impedance value is output differently according to the temperature. Wearable sensor unit for monitoring biometric information. 제2항에 있어서,
상기 전도성 물질은 PEDOT:PSS 이고, 상기 전기활성고분자 물질은 PVDF 계열인 것을 특징으로 하는 생체 정보 모니터링을 위한 웨어러블 센서 유닛.The method of claim 2,
The conductive material is PEDOT: PSS, and the electroactive polymer material is a wearable sensor unit for monitoring biological information, characterized in that the PVDF series. 제2항에 있어서,
상기 고분자 복합재료는, 상기 전도성 특성 향상을 위해 탄소나노튜브(CNT)와 은나노와이어(AgNW) 중 어느 하나를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 생체 정보 모니터링을 위한 웨어러블 센서 유닛.The method of claim 2,
The polymer composite material may include any one of carbon nanotubes (CNT) and silver nanowires (AgNW) to improve the conductivity characteristics. 제2항에 있어서,
상기 고분자 복합재료는, 상기 메인 센서층과 보완 센서층의 신축성 확보를 위해 PDMS 물질을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 생체 정보 모니터링을 위한 웨어러블 센서 유닛.The method of claim 2,
The polymer composite material, wearable sensor unit for biometric information monitoring comprising a PDMS material to ensure the elasticity of the main sensor layer and the complementary sensor layer. 제2항에 있어서,
상기 보완 센서층은, 온도와 변형 중 어느 하나만의 영향에 의한 임피던스 값을 출력시킬 수 있도록, 상기 전도성 물질과 전기활성고분자 물질의 함량비가 상기 메인 센서층과는 다른 것을 특징으로 하는 생체 정보 모니터링을 위한 웨어러블 센서 유닛. The method of claim 2,
The complementary sensor layer may monitor bioinformation, characterized in that the content ratio of the conductive material and the electroactive polymer material is different from that of the main sensor layer so as to output an impedance value due to only one of temperature and deformation. Wearable sensor unit for 제2항에 있어서,
상기 메인 센서층과 보완 센서층은, 베이스층에 간격을 두고 나란히 배열되는 것을 특징으로 하는 생체 정보 모니터링을 위한 웨어러블 센서 유닛.The method of claim 2,
The main sensor layer and the complementary sensor layer, wearable sensor unit for biometric information monitoring, characterized in that arranged side by side at intervals on the base layer. 제2항에 있어서,
상기 메인 센서층과 보완 센서층은, 절연층을 사이에 두고 배치됨으로써 적층 구조를 형성시키는 것을 특징으로 하는 생체 정보 모니터링을 위한 웨어러블 센서 유닛.The method of claim 2,
The main sensor layer and the complementary sensor layer, the wearable sensor unit for biometric information monitoring, characterized in that to form a laminated structure by placing the insulating layer therebetween. 제8항에 있어서,
상기 메인 센서층과 보완 센서층 중 어느 하나는, 변형에 의한 영향이 작게 되도록, 상대적으로 얇은 두께로 센서유닛 단면의 중앙부에 배치되는 것을 특징으로 하는 생체 정보 모니터링을 위한 웨어러블 센서 유닛.The method of claim 8,
Any one of the main sensor layer and the complementary sensor layer, the wearable sensor unit for biometric information monitoring, characterized in that disposed in the center of the cross section of the sensor unit with a relatively thin thickness so that the effect of deformation is small. 제2항에 있어서,
상기 메인 센서층과 보완 센서층 중 어느 하나는, 변형에 의한 영향이 작게 되도록, 필라멘트 형태의 코일링된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 생체 정보 모니터링을 위한 웨어러블 센서 유닛.The method of claim 2,
Any one of the main sensor layer and the complementary sensor layer has a coiled structure in the form of a filament, so that the effect of deformation is small, wearable sensor unit for monitoring biometric information.
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