KR102066329B1 - Tactile sensor, and fabrication method of the same, and operation method of the same - Google Patents

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Abstract

촉각 센서가 제공된다. 상기 촉각 센서는, 제1 마찰층, 상기 제1 마찰층과 전자 친화도가 다른 제2 마찰층, 및 상기 제1 마찰층과 상기 제2 마찰층 사이에 배치되는 범퍼층을 포함하되, 상기 제1 마찰층 및 상기 제2 마찰층이 접촉되는 시점과, 접촉된 상기 제1 마찰층 및 상기 제2 마찰층이 분리되는 시점에, 상기 제1 마찰층과 상기 제2 마찰층 중 적어도 한 층에 대전 상태가 변화될 수 있다. Tactile sensors are provided. The tactile sensor includes a first friction layer, a second friction layer having an electron affinity different from the first friction layer, and a bumper layer disposed between the first friction layer and the second friction layer. At least one of the first friction layer and the second friction layer at the time when the first friction layer and the second friction layer are in contact with each other, and when the contacted first friction layer and the second friction layer are separated from each other. The state of charge may change.

Description

촉각 센서, 그 제조 방법 및 그 동작 방법 {Tactile sensor, and fabrication method of the same, and operation method of the same}Tactile sensor, fabrication method and operation method {Tactile sensor, and fabrication method of the same, and operation method of the same}

본 발명은 촉각 센서, 그 제조 방법 및 그 동작 방법에 관련된 것으로서, 두 개의 마찰층 및 범퍼층을 이용한 촉각 센서, 그 제조 방법 및 그 동작 벙법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tactile sensor, a method of manufacturing the same, and a method of operating the same, and relates to a tactile sensor using two friction layers and a bumper layer, a method of manufacturing the same, and a method of operating the same.

인간의 손은 여러 감각 중에 촉각을 느끼는 중요한 부분이다. 인간이 느끼는 촉각이라 함은 접촉하는 힘, 표면 의 거칠기, 표면의 온도 등의 정보를 의미할 수 있다. 인간의 손과 같이 촉각을 느낄 수 있는 소자가 있다면, 이 소자의 활용분야는 매우 다양할 수 있다. 촉각 기술은 일반 로봇 및 의료기기뿐만 아니라 디스플레이 입력 디바이스도 활용 가능한 기술로서 매우 다양한 분야에서 활용 가능한 장래성이 유망한 기술일 수 있다. The human hand is an important part of the sense of touch. The tactile sense felt by a human may mean information such as contact force, surface roughness, and surface temperature. If there is a device that can feel the touch like a human hand, the field of application of this device can be very diverse. Tactile technology is a technology that can utilize not only general robots and medical devices but also display input devices, and may be a promising technology that can be used in a wide variety of fields.

이러한 촉각 감지 기술은 인간이 느끼는 것과 유사한 촉각을 느끼기 위해서 물체와 접촉하는 힘을 감지하게 된다. 이와 같이 인간의 피부에 분포하는 압점과 같은 역할을 하는 센서를 구현하면 다양한 분야에서 활용이 가능 할 수 있다. This tactile sensing technology senses the force coming into contact with an object in order to feel a sense similar to that of humans. As such, by implementing a sensor that acts as a pressure point distributed on human skin, it may be used in various fields.

종래에 사용되던 접촉식 정전용량 방식은 전극 위에 형성된 절연층에 펜 또는 손가락이 접촉되면 변화되는 정전 용량의 크기를 계산하여 위치를 검출하는 방식이다. 촉각센서의 응용 분야가 다양해짐에 따라 상기 촉각 센서를 간단한 구조로 형성하면서 소형의 고성능 촉각센서를 제작하고자 하는 노력이 계속되고 있다.The conventional contact capacitive method is a method of detecting a position by calculating a magnitude of capacitance changed when a pen or finger contacts an insulating layer formed on an electrode. As the field of application of the tactile sensor is diversified, efforts are being made to form a compact, high performance tactile sensor while forming the tactile sensor in a simple structure.

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 인체 피부의 촉감 측정 메커니즘과 유사한 촉각 측정 메커니즘을 갖는 촉각 센서, 그 제조 방법 및 그 동작 방법을 제공하는 데 있다. One technical problem to be solved by the present invention is to provide a tactile sensor having a tactile measurement mechanism similar to the tactile measurement mechanism of human skin, a manufacturing method thereof and an operation method thereof.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 출력신호가 향상된 촉각 센서, 그 제조 방법 및 그 동작 방법을 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a tactile sensor having an improved output signal, a method of manufacturing the same, and an operation method thereof.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 생체와의 인터페이스용 장치에 용이하게 적용될 수 있는 촉각 센서, 그 제조 방법 및 그 동작 방법을 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a tactile sensor that can be easily applied to a device for interfacing with a living body, a manufacturing method thereof and an operation method thereof.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.

상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 촉각 센서를 제공한다. In order to solve the above technical problem, the present invention provides a tactile sensor.

일 실시 예에 따르면, 상기 촉각 센서는, 제1 마찰층, 상기 제1 마찰층과 전자 친화도가 다른 제2 마찰층, 및 상기 제1 마찰층과 상기 제2 마찰층 사이에 배치되고, 상기 제1 및 제2 마찰층 사이에 상기 제1 마찰층 및 상기 제2 마찰층 중 적어도 한 층의 변형을 수용하는 공간(void)을 제공하는 범퍼(bumper)층을 포함하되, 상기 제1 마찰층 및 상기 제2 마찰층이 접촉되는 시점과, 접촉된 상기 제1 마찰층 및 상기 제2 마찰층이 분리되는 시점에, 상기 제1 마찰층과 상기 제2 마찰층 중 적어도 한 층에 대전 상태의 변화가 유도될 수 있다. According to an embodiment, the tactile sensor may be disposed between a first friction layer, a second friction layer having an electron affinity different from the first friction layer, and between the first friction layer and the second friction layer, A bumper layer providing a void between the first and second friction layers to accommodate a deformation of at least one of the first friction layer and the second friction layer, wherein the first friction layer And a charge state of at least one of the first friction layer and the second friction layer when the second friction layer is in contact with each other, and when the contacted first friction layer and the second friction layer are separated from each other. Change can be induced.

일 실시 예에 따르면, 상기 촉각 센서는, 상기 제1 마찰층의 일 면에 전기적으로 연결되어 배치되는 제1 전극 및 상기 제2 마찰층의 일 면에 전기적으로 연결되어 배치되는 제2 전극을 더 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present disclosure, the tactile sensor further includes a first electrode electrically connected to one surface of the first friction layer and a second electrode electrically connected to one surface of the second friction layer. It may include.

일 실시 예에 따르면, 상기 촉각 센서는, 상기 대전 상태의 변화가 유도됨에 따라 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 전위가 형성될 수 있다. According to an embodiment, the tactile sensor may have a potential formed between the first electrode and the second electrode as a change in the state of charge is induced.

일 실시 예에 따르면, 상기 접촉되는 시점에서의 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 전압 극성은, 상기 분리되는 시점에서의 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 전압 극성과 상이할 수 있다. According to an embodiment, the voltage polarity of the first electrode and the second electrode at the point of contact may be different from the voltage polarity of the first electrode and the second electrode at the point of separation.

일 실시 예에 따르면, 상기 범퍼층의 두께는, 0.5 mm 내지 1 mm 인 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the thickness of the bumper layer may include 0.5 mm to 1 mm.

일 실시 예에 따르면, 상기 촉각 센서는, 라인 형태로 오목부와 볼록부를 갖는 센싱 패턴을 갖고, 상기 제1 마찰층 상부에 배치되는 상부 기판 및 상기 제2 마찰층 하부에 배치되는 하부 기판을 더 포함할 수 있다. According to one embodiment, the tactile sensor has a sensing pattern having a concave portion and a convex portion in the form of a line, and further comprises an upper substrate disposed above the first friction layer and a lower substrate disposed below the second friction layer. It may include.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 마찰층 및 상기 제2 마찰층 중 적어도 한 층은 유연성을 가질 수 있다. According to one embodiment, at least one of the first friction layer and the second friction layer may have flexibility.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 마찰층은 PET(polyethylene terephthalate)를 포함하고, 상기 제2 마찰층은 PTFE(polytetrafluoroethylene)를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the first friction layer may include polyethylene terephthalate (PET), and the second friction layer may include polytetrafluoroethylene (PTFE).

상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 촉각 센서의 동작 방법을 제공한다. In order to solve the above technical problem, the present invention provides a method of operating the tactile sensor.

일 실시 예에 따르면, 상기 촉각 센서의 동작 방법은, 제1 마찰층 및 상기 제1 마찰층과 소정 거리 이격하는 제2 마찰층이 준비되는 단계, 상기 제1 및 제2 마찰층이 서로 접촉되는 시점에, 제1 대전 상태 변화가 유도되는 접촉 시점 감지 단계, 및 상기 서로 접촉된 제1 및 제2 마찰층이 분리되는 시점에, 제2 대전 상태 변화가 유도되는 분리 시점 감지 단계를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the method of operating the tactile sensor may include preparing a first friction layer and a second friction layer spaced apart from the first friction layer by a predetermined distance, wherein the first and second friction layers are in contact with each other. At a time point, a contact point detection step of inducing a first charge state change, and a separation point detection step of inducing a second charge state change at a time point at which the first and second friction layers contacting each other are separated. have.

일 실시 예에 따르면, 상기 촉각 센서의 동작 방법은, 상기 접촉 시점 감지 단계에서, 상기 제1 대전 상태 변화에 따라 접촉 전압이 감지되고 상기 분리 시점 감지 단계에서, 상기 제2 대전 상태 변화에 따라 분리 전압이 감지될 수 있다. According to an embodiment of the present disclosure, in the method of operating the tactile sensor, in the contact point detecting step, a contact voltage is detected according to the first charging state change, and in the separation point detecting step, the second voltage is separated according to the second charging state change. Voltage can be sensed.

일 실시 예에 따르면, 상기 촉각 센서는, 상기 접촉 시점 감지 단계에서, 상기 제1 및 제2 마찰층의 접촉이 유지되는 동안에는 상기 접촉 전압이 감지되지 아니할 수 있다. According to an embodiment of the present disclosure, in the contact point detecting step, the contact voltage may not be detected while the contact between the first and second friction layers is maintained.

일 실시 예에 따르면, 상기 접촉 전압과 상기 분리 전압은 서로 다른 극성일 수 있다. According to an embodiment, the contact voltage and the separation voltage may have different polarities.

상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 촉각 센서의 제조 방법을 제공한다. In order to solve the above technical problem, the present invention provides a method of manufacturing a tactile sensor.

일 실시 예에 따르면, 상기 촉각 센서의 제조 방법은, 하부 마찰층을 준비하는 단계, 상기 하부 마찰층의 두께 방향 상부를 개구하는 범퍼층을 형성하는 단계, 및 상기 범퍼층 상부에 상기 개구를 덮도록 형성되되, 상기 하부 마찰층과 서로 다른 전자 친화도를 가지는 상부 마찰층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment, the method of manufacturing the tactile sensor may include preparing a lower friction layer, forming a bumper layer that opens an upper portion in a thickness direction of the lower friction layer, and covering the opening on the bumper layer. And forming an upper friction layer having an electron affinity different from that of the lower friction layer.

본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서는, 제1 마찰층, 상기 제1 마찰층과 전자 친화도가 다른 제2 마찰층, 및 상기 제1 마찰층과 상기 제2 마찰층 사이에 배치되고, 상기 제1 및 제2 마찰층 사이에 상기 제1 마찰층 및 상기 제2 마찰층 중 적어도 한 층의 변형을 수용하는 공간을 제공하는 범퍼층을 포함하되, 상기 제1 마찰층 및 상기 제2 마찰층이 접촉되는 시점과, 접촉된 상기 제1 마찰층 및 상기 제2 마찰층이 분리되는 시점에, 상기 제1 마찰층과 상기 제2 마찰층 중 적어도 한 층에 대전 상태의 변화가 유도될 수 있다. 이에 따라, 인간이 접촉된 물체와 상호작용하여 발생시키는 action potential의 출력신호와 유사한 출력신호를 생성하는 촉각 센서가 제공될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the tactile sensor may include a first friction layer, a second friction layer having a different electron affinity from the first friction layer, and between the first friction layer and the second friction layer, A bumper layer providing a space between the first and second friction layers to accommodate deformation of at least one of the first friction layer and the second friction layer, wherein the first friction layer and the second friction layer At this point in time of contact and at the time point of contact between the first friction layer and the second friction layer, a change in the state of charge may be induced in at least one of the first friction layer and the second friction layer. . Accordingly, a tactile sensor may be provided that generates an output signal similar to that of the action potential generated by human interaction with the contacted object.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서의 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서의 동작 방법을 설명하는 순서도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서의 동장 방법을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서와 인간의 피부에서 나타나는 출력신호를 비교한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서의 출력신호 특성을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서가 포함하는 상부 기판의 특성을 나타내는 그래프이다.1 is a view showing a tactile sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a manufacturing method of a tactile sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method of operating a tactile sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 to 6 are diagrams illustrating a copper field method of a tactile sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
7 is a graph comparing output signals appearing on the human skin and the tactile sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
8 is a graph illustrating output signal characteristics of a tactile sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
9 is a graph showing the characteristics of the upper substrate included in the tactile sensor according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical idea of the present invention is not limited to the exemplary embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed contents are thorough and complete, and that the spirit of the present invention can be sufficiently delivered to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 두께 및 크기는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In the present specification, when a component is mentioned to be on another component, it means that it may be formed directly on the other component or a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, the thickness and size are exaggerated for the effective description of the technical content.

본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.In various embodiments of the present disclosure, terms such as first, second, and third are used to describe various components, but these components should not be limited by the terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Thus, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment. In addition, the term 'and / or' is used herein to include at least one of the components listed before and after.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다. In the specification, the singular encompasses the plural unless the context clearly indicates otherwise. In addition, the terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, element, or combination thereof described in the specification, and one or more other features or numbers, steps, configurations It should not be understood to exclude the possibility of the presence or the addition of elements or combinations thereof. In addition, the term "connection" is used herein to mean both indirectly connecting a plurality of components, and directly connecting.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a tactile sensor according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 상기 실시 예에 따른 촉각 센서(100)는 제1 마찰층(10), 제2 마찰층(20), 범퍼층(30), 제1 전극(40), 제2 전극(50), 상부 기판(60), 및 하부 기판(70) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 이하, 각 구성에 대해 설명된다. Referring to FIG. 1, the tactile sensor 100 according to the embodiment may include a first friction layer 10, a second friction layer 20, a bumper layer 30, a first electrode 40, and a second electrode ( At least one of the 50, the upper substrate 60, and the lower substrate 70 may be configured. Hereinafter, each structure is demonstrated.

상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)은 서로 접촉되어, 마찰 전기를 발생시킬 수 있다. 이를 위해, 상기 제2 마찰층(20)은 상기 제1 마찰층(10)과 전자 친화도가 다른 물질로 구성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20) 중 적어도 한 층은 유연성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 마찰층(10)은 PET(polyethylene terephthalate)로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 마찰층(20)은 PTFE(polytetrafluoroethylene)로 구성될 수 있다.The first friction layer 10 and the second friction layer 20 may be in contact with each other to generate friction electricity. To this end, the second friction layer 20 may be made of a material having an electron affinity different from that of the first friction layer 10. According to an embodiment, at least one of the first friction layer 10 and the second friction layer 20 may have flexibility. For example, the first friction layer 10 may be made of polyethylene terephthalate (PET). For example, the second friction layer 20 may be made of PTFE (polytetrafluoroethylene).

상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)이 서로 접촉되는 경우, 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)이 접촉되는 시점에서, 상기 제1 마찰층(10)과 상기 제2 마찰층(20) 중 적어도 한 층에 대전 상태의 변화가 유도될 수 있다. 또한, 접촉된 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)이 분리되는 경우, 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)이 분리되는 시점에서, 상기 제1 마찰층(10)과 상기 제2 마찰층(20) 중 적어도 한 층에 대전 상태의 변화가 유도될 수 있다.When the first friction layer 10 and the second friction layer 20 are in contact with each other, when the first friction layer 10 and the second friction layer 20 are in contact, the first friction A change in the state of charge may be induced in at least one of the layer 10 and the second friction layer 20. In addition, when the first friction layer 10 and the second friction layer 20 which are in contact are separated, when the first friction layer 10 and the second friction layer 20 are separated, the A change in charging state may be induced in at least one of the first friction layer 10 and the second friction layer 20.

구체적으로, 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)이 서로 접촉되는 경우, 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)의 전자 친화도가 서로 다름에 따라, 각각 표면 전하가 발생할 수 있다. 이때, 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)에 발생된 표면 전하의 극성은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 마찰층(10)과 상기 제2 마찰층(20)이 서로 접촉하는 경우, 상기 제1 마찰층(10)에는 (+) 전하가 발생할 수 있고, 상기 제2 마찰층(20)에는 (-) 전하가 발생할 수 있다. 생성된 표면 전하는 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)이 접촉되는 부분에 형성되어 triboelectric potential를 제공할 수 있다. 이와 달리, 상기 제1 마찰층(10)과 상기 제2 마찰층(20) 간의 접촉이 분리되는 경우, 상기 제1 마찰층(10)에는 (-) 전하가 발생할 수 있고, 상기 제2 마찰층(20)에는 (+) 전하가 발생할 수 있다. 전자의 흐름을 감지하기 위하여, 상기 제1 마찰층(10)의 일 면에 상기 제1 전극(40)이 배치되고, 상기 제2 마찰층(20)의 일 면에 상기 제2 전극(50)이 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 전극(40, 50)의 구체적인 설명은 후술된다.Specifically, when the first friction layer 10 and the second friction layer 20 are in contact with each other, the electron affinity of the first friction layer 10 and the second friction layer 20 is different from each other. Thus, surface charges may occur respectively. In this case, the polarities of the surface charges generated in the first friction layer 10 and the second friction layer 20 may be different from each other. For example, when the first friction layer 10 and the second friction layer 20 are in contact with each other, positive charge may be generated in the first friction layer 10, and the second friction layer A negative charge may be generated at (20). The generated surface charge may be formed at a portion where the first friction layer 10 and the second friction layer 20 are in contact with each other to provide a triboelectric potential. On the contrary, when the contact between the first friction layer 10 and the second friction layer 20 is separated, negative charge may be generated in the first friction layer 10, and the second friction layer Positive charge may be generated at (20). In order to detect the flow of electrons, the first electrode 40 is disposed on one surface of the first friction layer 10, and the second electrode 50 is disposed on one surface of the second friction layer 20. This can be arranged. Detailed description of the first and second electrodes 40 and 50 will be described later.

상기 제1 마찰층(10)은 상기 제2 마찰층(20)과 소정 거리 이격되어 배치될 수 있다. 이를 위해, 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20) 사이에 범퍼층(30)이 배치될 수 있다.The first friction layer 10 may be spaced apart from the second friction layer 20 by a predetermined distance. To this end, a bumper layer 30 may be disposed between the first friction layer 10 and the second friction layer 20.

상기 범퍼층(30)은, 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20) 사이에 공간(void, 30s)을 제공할 수 있다. 상기 공간(30s)은 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20) 중 적어도 한 층의 변형을 수용할 수 있다. 즉, 상기 제1 마찰층(10)이 압력에 의해 눌려져, 상기 제1 마찰층(10)으로부터 상기 제2 마찰층(20) 방향으로 돌출되는 변형이 발생하는 경우, 상기 공간(30s)은 돌출된 상기 제1 마찰층(10)을 수용할 수 있다.  The bumper layer 30 may provide a void 30s between the first friction layer 10 and the second friction layer 20. The space 30s may accommodate deformation of at least one of the first friction layer 10 and the second friction layer 20. That is, when the first friction layer 10 is pressed by the pressure and the deformation occurs to protrude from the first friction layer 10 toward the second friction layer 20, the space 30s protrudes. The first friction layer 10 can be accommodated.

예를 들어, 상기 범퍼층(30)은 0.5 mm 내지 1 mm의 두께를 갖는 아크릴일 수 있다. 이와 달리, 상기 범퍼층(30)의 두께가 0.5 mm 미만일 경우, 출력신호가 낮아지는 단점이 발생할 수 있다. 또한, 상기 범퍼층(30)의 두께가 1 mm 초과일 경우, 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)이 접촉되기까지의 시간이 증가하여, 마찰 전기가 용이하게 발생하지 않을 수 있다.For example, the bumper layer 30 may be acrylic having a thickness of 0.5 mm to 1 mm. On the contrary, when the thickness of the bumper layer 30 is less than 0.5 mm, a disadvantage may occur in that the output signal is lowered. In addition, when the thickness of the bumper layer 30 is greater than 1 mm, the time until the first friction layer 10 and the second friction layer 20 are in contact increases, so that friction electricity is easily generated. You can't.

상기 제1 전극(40)은 상기 제1 마찰층(10)의 일 면에 전기적으로 연결되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극(40)은 상기 제1 마찰층(10)의 상면에 배치될 수 있다. 상기 제2 전극(50)은 상기 제2 마찰층(20)의 일 면에 전기적으로 연결되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 전극(50)은 상기 제2 마찰층(20)의 하면에 배치될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극(40) 및 상기 제2 전극(50)은 투명 전극일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극(40) 및 상기 제2 전극(50)은, ITO(Indium tin oxide)일 수 있다. 또한 상기 제1 전극(40) 및 상기 제2 전극(50) 중 적어도 하나의 전극은 유연성을 가질 수 있다. 특히 터치에 따라 변형이 발생하는 전극이 유연성을 가질 수 있다.The first electrode 40 may be electrically connected to one surface of the first friction layer 10. For example, the first electrode 40 may be disposed on an upper surface of the first friction layer 10. The second electrode 50 may be electrically connected to one surface of the second friction layer 20. For example, the second electrode 50 may be disposed on the bottom surface of the second friction layer 20. According to an embodiment, the first electrode 40 and the second electrode 50 may be transparent electrodes. For example, the first electrode 40 and the second electrode 50 may be indium tin oxide (ITO). In addition, at least one of the first electrode 40 and the second electrode 50 may have flexibility. In particular, an electrode in which deformation occurs according to a touch may have flexibility.

상기 제1 전극(40) 및 상기 제2 전극(50)은, 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)의 대전 상태의 변화 유도에 따라, 상기 제1 전극(40) 및 상기 제2 전극(50) 사이에 전위를 형성할 수 있다.The first electrode 40 and the second electrode 50 are the first electrode 40 in accordance with the induction of the change in the state of charge of the first friction layer 10 and the second friction layer 20. And a potential between the second electrode 50.

이때, 상기 접촉되는 시점에서의 상기 제1 전극(40) 및 상기 제2 전극(50)의 전압 극성은, 상기 분리되는 시점에서의 상기 제1 전극(40) 및 상기 제2 전극(50)의 전압 극성과 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 접촉되는 시점에서의 상기 제1 전극(40)의 전압 극성은 (+)이고, 상기 제2 전극(50)의 전압 극성은 (-)일 수 있다. 반면, 상기 분리되는 시점에서의 상기 제1 전극(40)의 전압 극성은 (-)이고, 상기 제2 전극(50)의 전압 극성은 (+)일 수 있다. In this case, the voltage polarity of the first electrode 40 and the second electrode 50 at the point of contact is the same as that of the first electrode 40 and the second electrode 50 at the point of separation. It may be different from the voltage polarity. For example, the voltage polarity of the first electrode 40 at the point of contact may be (+), and the voltage polarity of the second electrode 50 may be (−). On the other hand, the voltage polarity of the first electrode 40 at the time of separation may be negative, and the voltage polarity of the second electrode 50 may be positive.

구체적으로, 상기 접촉되는 시점에서 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)은 각각 (+) 전하 및 (-) 전하가 발생할 수 있다. 이때, 상기 제1 전극(40)은 상기 제1 마찰층(10)과 전기적으로 연결되어 있음에 따라, (+) 전하를 나타내고, 상기 제2 전극(50)은 상기 제2 마찰층(20)과 전기적으로 연결되어 있음에 따라, (-) 전하를 나타낼 수 있다. Specifically, the first friction layer 10 and the second friction layer 20 may generate positive and negative charges at the contact point. In this case, as the first electrode 40 is electrically connected to the first friction layer 10, the first electrode 40 exhibits a positive charge, and the second electrode 50 has the second friction layer 20. As it is electrically connected to, it can represent a negative charge.

반면, 상기 분리되는 시점에서는, 상기 제1 마찰층(10)과 연결된 상기 제1 전극(40)은 상기 제1 마찰층(10)과 반대되는 극성으로 대전되고, 상기 제2 마찰층(20)과 연결된 상기 제2 전극(50) 역시 상기 제2 마찰층(20)과 반대되는 극성으로 대전될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 마찰층(10)에 (+) 전하가 발생한 경우, 상기 제1 전극(10)은 (-) 전압을 나타내고, 상기 제2 마찰층(20)에 (-) 전하가 발생한 경우, 상기 제2 전극(20)은 (+) 전압을 나타낼 수 있다. 이에 따라, 상기 접촉되는 시점에서의 상기 제1 전극(40) 및 상기 제2 전극(50)의 전압 극성과, 상기 분리되는 시점에서의 상기 제1 전극(40) 및 상기 제2 전극(50)의 전압 극성은, 서로 다를 수 있다.On the other hand, at the time of separation, the first electrode 40 connected to the first friction layer 10 is charged with a polarity opposite to the first friction layer 10 and the second friction layer 20 The second electrode 50 connected to the second electrode 50 may also be charged with a polarity opposite to that of the second friction layer 20. For example, when a positive charge is generated in the first friction layer 10, the first electrode 10 exhibits a negative voltage, and a negative charge is applied to the second friction layer 20. When generated, the second electrode 20 may exhibit a positive voltage. Accordingly, the voltage polarity of the first electrode 40 and the second electrode 50 at the point of contact, and the first electrode 40 and the second electrode 50 at the point of separation The voltage polarity of may be different from each other.

한편, 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)의 접촉이 유지되는 동안에는 상기 제1 전극(40) 및 상기 제2 전극(50)에서 전압이 감지되지 않을 수 있다. 즉, 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)이 접촉되는 시점과 접촉된 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)이 분리되는 시점 사이에는, 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)이 접촉되는 시점에 발생한 전위가 소멸될 수 있다. Meanwhile, while the contact between the first friction layer 10 and the second friction layer 20 is maintained, the voltage may not be detected at the first electrode 40 and the second electrode 50. That is, between a time point at which the first friction layer 10 and the second friction layer 20 are in contact, and a time point at which the first friction layer 10 and the second friction layer 20 are in contact with each other, Dislocations generated at the point of contact between the first friction layer 10 and the second friction layer 20 may disappear.

이는, 인간이 물체와 접촉할 때 발생되는 action potential의 출력신호와 유사할 수 있다. 상기 action potential의 출력신호는 인간이 물체와 접촉되는 시점 및 분리되는 시점에서 발생한다. 이와 관련하여, 상술된 바와 같이 상기 촉각 센서(100) 역시 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)이 접촉되는 시점과 접촉된 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)이 분리되는 시점에서 출력신호가 발생된다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서(100)는 가상증강 현실 시스템, 의수, 의족, 촉감 디스플레이, 의료용 도구, 로봇 등과 같이 생체와의 인터페이스용 장치로 사용되는 곳에서 용이하게 적용될 수 있다. This may be similar to the output signal of action potential generated when a human comes in contact with an object. The output signal of the action potential is generated at the point of contact with and separation from the object. In this regard, as described above, the tactile sensor 100 also contacts the first friction layer 10 and the first contact layer when the first friction layer 10 and the second friction layer 20 are in contact with each other. 2 The output signal is generated when the friction layer 20 is separated. Accordingly, the tactile sensor 100 according to the embodiment of the present invention can be easily applied where it is used as an interface device with a living body such as a virtual augmented reality system, prosthetic, prosthetic, tactile display, medical tool, robot, and the like. .

계속해서 도 1을 참조하면, 상기 상부 기판(60)은 상기 제1 마찰층(10) 상부에 배치되고, 상기 하부 기판(70)은 상기 제2 마찰층(20) 하부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 상부 기판(60)은 SU-8 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 하부 기판(70)은 PET(polyethylene terephthalate)일 수 있다. 1, the upper substrate 60 may be disposed above the first friction layer 10, and the lower substrate 70 may be disposed below the second friction layer 20. For example, the upper substrate 60 may include a SU-8 material. For example, the lower substrate 70 may be polyethylene terephthalate (PET).

일 실시 예에 따르면, 상기 상부 기판(60)은 라인 형태로 오목부와 볼록부를 갖는 센싱 패턴을 가질 수 있다. 상기 센싱 패턴은 외부로 노출될 수 있다. According to an embodiment, the upper substrate 60 may have a sensing pattern having a concave portion and a convex portion in a line shape. The sensing pattern may be exposed to the outside.

대상물에 의하여 상기 센싱 패턴이 터치되는 경우, 상기 대상물의 표면과 상기 센싱 패턴의 접촉에 의하여, 상기 상부 기판(60)이 변형될 수 있다. 상기 상부 기판(60)이 변형됨에 따라, 상기 상부 기판(60)의 하부에 배치되는 상기 제1 전극(40) 및 상기 제1 마찰층(10) 또한 변형될 수 있다. 반면, 상기 제2 마찰층(20), 상기 제2 전극(50), 및 상기 하부 기판(70)은 상기 범퍼층(30)에 의하여 소정 거리 이격되어 배치됨에 따라 변형되지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 마찰층(10)은 상기 제2 마찰층(20)과 접촉될 수 있다. When the sensing pattern is touched by an object, the upper substrate 60 may be deformed by the contact between the surface of the object and the sensing pattern. As the upper substrate 60 is deformed, the first electrode 40 and the first friction layer 10 disposed under the upper substrate 60 may also be deformed. On the other hand, the second friction layer 20, the second electrode 50, and the lower substrate 70 may not be deformed as the bumper layer 30 is spaced apart by a predetermined distance. Accordingly, the first friction layer 10 may be in contact with the second friction layer 20.

즉, 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서(100)는 대상체에 의하여 상기 상부 기판(60)에 가해지는 압력에 따라, 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)이 접촉하게 되고, 대상체에 의한 상기 상부 기판(60)에 가해지는 압력이 약해짐에 따라, 접촉된 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)이 분리될 수 있다. 이때, 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)이 접촉되는 시점 및 접촉된 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)이 분리되는 시점에서 상기 제1 전극(40)과 상기 제2 전극(50) 사이에 전위가 형성되어 대상체에 의한 촉감을 감지할 수 있다. That is, in the tactile sensor 100 according to the embodiment of the present invention, the first friction layer 10 and the second friction layer 20 are in contact with each other according to the pressure applied to the upper substrate 60 by an object. As the pressure applied to the upper substrate 60 by the object is weakened, the first friction layer 10 and the second friction layer 20 in contact with each other may be separated. In this case, when the first friction layer 10 and the second friction layer 20 are in contact with each other, and when the contacted first friction layer 10 and the second friction layer 20 are separated from each other, A potential is formed between the first electrode 40 and the second electrode 50 to sense the touch caused by the object.

이상, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서가 설명되었다. 이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서의 제조 방법이 설명된다. In the above, the tactile sensor according to the exemplary embodiment of the present invention has been described with reference to FIG. 1. Hereinafter, a method of manufacturing a tactile sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서의 제조 방법을 설명하는 순서도이다. 2 is a flowchart illustrating a manufacturing method of a tactile sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 촉각 센서의 제조 방법은, 하부 마찰층을 준비하는 단계(S10), 상기 하부 마찰층의 두께 방향 상부를 개구하는 범퍼층을 형성하는 단계(S20), 및 상기 개구부를 덮는 상부 마찰층을 형성하는 단계(S30)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2, the method of manufacturing the tactile sensor according to the embodiment may include preparing a lower friction layer (S10), forming a bumper layer opening the upper portion in the thickness direction of the lower friction layer (S20), And forming an upper friction layer covering the opening (S30).

상기 S10 단계는, 하부 기판을 준비하는 단계, 상기 하부 마찰층의 하면에 전극을 형성하는 단계, 및 전극이 형성된 상기 하부 마찰층을 상기 하부 기판 상에 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 하부 마찰층, 상기 하부 기판의 하면에 형성되는 전극, 및 상기 하부 기판은 도 1을 참조하여 설명된 상기 제2 마찰층(20), 상기 제2 전극(50), 및 상기 하부 기판(70)과 각각 대응될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 하부 기판의 하면에 형성되는 전극은 ITO를 코팅하는 방법으로 형성될 수 있다. The step S10 may include preparing a lower substrate, forming an electrode on a lower surface of the lower friction layer, and disposing the lower friction layer on which the electrode is formed on the lower substrate. According to one embodiment, the lower friction layer, the electrode formed on the lower surface of the lower substrate, and the lower substrate is the second friction layer 20, the second electrode 50, described with reference to FIG. And the lower substrate 70, respectively. According to an embodiment, the electrode formed on the lower surface of the lower substrate may be formed by coating ITO.

상기 S20 단계에서, 상기 범퍼층은, 상기 하부 마찰층의 외각 부분의 둘레를 따라 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 하부 마찰층은 상기 범퍼층에 의하여 외부에 노출되지 않는 부분과 외부에 노출되는 부분으로 구분될 수 있다. 예를 들어, 상기 범퍼층은 'ㅁ' 형상으로 상기 하부 마찰층 상에 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 범퍼층은, 도 1을 참조하여 설명된 상기 범퍼층(30)과 동일할 수 있다. In the step S20, the bumper layer may be formed along the circumference of the outer portion of the lower friction layer. Accordingly, the lower friction layer may be divided into a portion not exposed to the outside and a portion exposed to the outside by the bumper layer. For example, the bumper layer may be formed on the lower friction layer in a 'ㅁ' shape. According to an embodiment, the bumper layer may be the same as the bumper layer 30 described with reference to FIG. 1.

상기 S30 단계에서, 상기 상부 마찰층은 상기 하부 마찰층과 서로 다른 전자 친화도를 가질 수 있다. 상기 상부 마찰층이 상기 범퍼층 상에 형성됨에 따라, 상기 상부 마찰층 및 상기 하부 마찰층 사이에는 공간이 형성될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 상부 마찰층 및 상기 공간은, 도 1을 참조하여 설명된 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 공간(30s)과 동일할 수 있다. In the step S30, the upper friction layer may have a different electron affinity with the lower friction layer. As the upper friction layer is formed on the bumper layer, a space may be formed between the upper friction layer and the lower friction layer. According to an embodiment, the upper friction layer and the space may be the same as the first friction layer 10 and the space 30s described with reference to FIG. 1.

상기 S30 단계는, 상부 기판을 준비하는 단계, 상기 상부 마찰층의 상면에 전극을 형성하는 단계, 상기 전극의 상면에 상기 상부 기판을 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 상부 마찰층의 상면에 형성되는 전극 및 상기 상부 기판은, 도 1을 참조하여 설명된 상기 제1 전극(30) 및 상기 상부 기판(60)과 동일할 수 있다. 상기 S30 단계 이후, 상기 실시 예에 따른 촉각 센서가 제조될 수 있다. The step S30 may include preparing an upper substrate, forming an electrode on an upper surface of the upper friction layer, and disposing the upper substrate on an upper surface of the electrode. According to one embodiment, the electrode formed on the upper surface of the upper friction layer and the upper substrate may be the same as the first electrode 30 and the upper substrate 60 described with reference to FIG. After the step S30, the tactile sensor according to the embodiment can be manufactured.

이상, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서의 제조 방법이 설명되었다. 이하, 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서의 동작 방법이 설명된다. The method of manufacturing the tactile sensor according to the exemplary embodiment of the present invention has been described above with reference to FIG. 2. Hereinafter, a method of operating the tactile sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 6.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서의 동작 방법을 설명하는 순서도이고, 도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서의 동장 방법을 나타내는 도면이다. 3 is a flowchart illustrating a method of operating a tactile sensor according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIGS. 4 to 6 are diagrams illustrating a method of synchronizing a tactile sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 상기 실시 예에 따른 촉각 센서의 동작 방법은, 제1 마찰층(10) 및 상기 제1 마찰층(10)과 소정거리 이격하는 제2 마찰층(20)이 준비되는 단계(S100), 접촉 시점 감지 단계(S200), 및 분리 시점 감지 단계(S300)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 도 1을 참조하여 설명된 상기 촉각 센서(100)에 의하여 상기 실시 예에 따른 촉각 센서의 동작 방법이 설명될 수 있다. 또한, 상기 촉각 센서(100)는 전압을 측정하기 위한 전압계(미표시)를 더 포함할 수 있다. 상기 전압계는 상기 제1 전극(40) 및 상기 제2 전극(50)과 연결될 수 있다. 이하, 상기 촉각 센서(100)에 의해 각 단계가 설명된다. Referring to FIG. 3, the method of operating the tactile sensor according to the embodiment may include preparing a first friction layer 10 and a second friction layer 20 spaced apart from the first friction layer 10 by a predetermined distance. A step S100, a contact point detection step S200, and a separation point detection step S300 may be included. According to an embodiment, the operation method of the tactile sensor according to the embodiment may be described by the tactile sensor 100 described with reference to FIG. 1. In addition, the tactile sensor 100 may further include a voltmeter (not displayed) for measuring the voltage. The voltmeter may be connected to the first electrode 40 and the second electrode 50. Hereinafter, each step is described by the tactile sensor 100.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 S100 단계에서, 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)은 상기 범퍼층(30)이 제공하는 상기 공간(30s)에 의하여 소정거리 이격되어 배치될 수 있다. 초기 상태에서는 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)은 대전되지 않은 상태를 유지할 수 있다. 3 and 4, in step S100, the first friction layer 10 and the second friction layer 20 are a predetermined distance by the space 30s provided by the bumper layer 30. It may be spaced apart. In the initial state, the first friction layer 10 and the second friction layer 20 may remain uncharged.

도 3 및 도 5를 참조하면, 상기 S200 단계는, 대상물(200)이 촉각 센서(100)의 상부 기판(60)을 터치할 수 있다. 이 경우, 상부 기판(60)에 변형이 발생함에 따라 상기 제1 마찰층(100)이 제2 마찰층(20) 방향으로 변경되게 된다. 변형에 따라, 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)이 서로 접촉되는 시점에, 제1 대전 상태 변화가 유도될 수 있다. 이때, 상기 제1 대전 상태 변화에 따라 접촉 전압이 감지될 수 있다. 3 and 5, in step S200, the object 200 may touch the upper substrate 60 of the tactile sensor 100. In this case, as the deformation occurs in the upper substrate 60, the first friction layer 100 is changed in the direction of the second friction layer 20. According to the deformation, the first charging state change may be induced when the first friction layer 10 and the second friction layer 20 are in contact with each other. In this case, the contact voltage may be sensed according to the first charging state change.

구체적으로, 상기 상부 기판(60)이 포함하는 센싱 패턴이 상기 대상물(200)에 의하여 터치되는 경우, 상기 상부 기판(60)이 변형될 수 있다. 상기 상부 기판(60)이 변형됨에 따라, 상기 상부 기판(60)의 하부에 배치되는 상기 제1 전극(40) 및 상기 제1 마찰층(10) 또한 변형될 수 있다. 반면, 상기 제2 마찰층(20), 상기 제2 전극(50), 및 상기 하부 기판(70)은 상기 범퍼층(30)에 의하여 소정 거리 이격되어 배치됨에 따라 변형되지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 마찰층(10)은 상기 제2 마찰층(20)과 접촉될 수 있다. In detail, when the sensing pattern included in the upper substrate 60 is touched by the object 200, the upper substrate 60 may be deformed. As the upper substrate 60 is deformed, the first electrode 40 and the first friction layer 10 disposed under the upper substrate 60 may also be deformed. On the other hand, the second friction layer 20, the second electrode 50, and the lower substrate 70 may not be deformed as the bumper layer 30 is spaced apart by a predetermined distance. Accordingly, the first friction layer 10 may be in contact with the second friction layer 20.

상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)이 서로 접촉되는 경우, 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)의 전자 친화도가 서로 다름에 따라, 각각 표면 전하가 발생할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 마찰층(10)에는 (+) 전하가 발생되고, 상기 제2 마찰층(20)에는 (-) 전하가 발생될 수 있다. 즉, 상기 제1 대전 상태 변화 유도는, 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)의 서로 다른 전자 친화도에 따른 표면 전하의 발생일 수 있다. When the first friction layer 10 and the second friction layer 20 are in contact with each other, as the electron affinity between the first friction layer 10 and the second friction layer 20 is different from each other, Surface charges may occur respectively. For example, positive charge may be generated in the first friction layer 10, and negative charge may be generated in the second friction layer 20. That is, the first charge state change induction may be the generation of surface charges according to different electron affinity of the first friction layer 10 and the second friction layer 20.

이때, 상기 제1 전극(40) 및 상기 제2 전극(50)에서는 접촉 전압이 감지될 수 있다. 즉, 상기 제1 전극(40)은 상기 제1 마찰층(10)과 전기적으로 연결되어 있음에 따라, 상기 제1 마찰층(10)과 같은 (+) 접촉 전압이 감지될 수 있다. 또한, 상기 제2 전극(50)은 상기 제2 마찰층(20)과 전기적으로 연결되어 있음에 따라, 상기 제2 마찰층(20)과 같은 (-) 접촉 전압이 감지될 수 있다. In this case, a contact voltage may be sensed at the first electrode 40 and the second electrode 50. That is, since the first electrode 40 is electrically connected to the first friction layer 10, the same positive contact voltage as that of the first friction layer 10 may be sensed. In addition, since the second electrode 50 is electrically connected to the second friction layer 20, the same negative contact voltage as that of the second friction layer 20 may be sensed.

하지만, 상기 S200 단계에서, 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)의 접촉이 유지되는 동안에는 상기 접촉 전압이 감지되지 않을 수 있다. 즉, 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)이 접촉하는 시점에서 발생한 전위는, 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)이 접촉하는 동안 소멸될 수 있다. However, in step S200, the contact voltage may not be detected while the contact between the first friction layer 10 and the second friction layer 20 is maintained. That is, dislocations generated when the first friction layer 10 and the second friction layer 20 are in contact with each other disappear during contact between the first friction layer 10 and the second friction layer 20. Can be.

도 3 및 도 6을 참조하면, 상기 S300 단계는, 서로 접촉된 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)이 분리되는 시점에, 제2 대전 상태 변화가 유도될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)이 접촉하는 동안 소멸된 전위는 다시 발생되고, 상기 제2 대전 상태 변화에 따라 분리 전압이 감지될 수 있다. Referring to FIGS. 3 and 6, in the step S300, when the first friction layer 10 and the second friction layer 20 contacted with each other are separated, a second charged state change may be induced. . Accordingly, dislocations dissipated during the contact between the first friction layer 10 and the second friction layer 20 may be generated again, and a separation voltage may be sensed according to the change of the second charging state.

구체적으로, 상기 상부 기판(60)이 포함하는 센싱 패턴에 가해지는 상기 대상물(200)의 압력이 약해지는 경우, 상기 상부 기판(60), 상기 제1 전극(40), 및 상기 제1 마찰층(10)은 변형된 형상이, 변형되기 전의 형상으로 회복될 수 있다. 이에 따라, 서로 접촉된 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)은 분리될 수 있다. Specifically, when the pressure of the object 200 applied to the sensing pattern included in the upper substrate 60 is weakened, the upper substrate 60, the first electrode 40, and the first friction layer Deformed shape 10 can be restored to the shape before deformation. Accordingly, the first friction layer 10 and the second friction layer 20 in contact with each other may be separated.

서로 접촉된 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)이 분리되는 경우, 상기 제1 전극(40) 및 상기 제2 전극(50)은, 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)의 표면 전하에 의해, 각각 다른 극성으로 대전될 수 있다. 즉, 상기 제1 마찰층(10)이 (+) 표면 전하를 갖는 경우, 상기 제1 전극(40)은 대전되어 (-) 전하를 가질 수 있다. 또한, 상기 제2 마찰층(20)이 (-) 전하를 갖는 경우, 상기 제2 전극(50)은 대전되어 (+) 전하를 가질 수 있다. 다시 말해, 상기 제2 대전 상태 변화 유도는, 상기 제1 마찰층(20) 및 상기 제2 마찰층(20)의 표면 전하에 의한 상기 제1 전극(40) 및 상기 제2 전극(50)의 대전 상태 변화일 수 있다. When the first friction layer 10 and the second friction layer 20 which are in contact with each other are separated, the first electrode 40 and the second electrode 50 are the first friction layer 10. And by the surface charge of the second friction layer 20, each can be charged with a different polarity. That is, when the first friction layer 10 has a positive surface charge, the first electrode 40 may be charged to have a negative charge. In addition, when the second friction layer 20 has a negative charge, the second electrode 50 may be charged to have a positive charge. In other words, the induction of the second charge state change may be caused by the surface charges of the first friction layer 20 and the second friction layer 20 of the first electrode 40 and the second electrode 50. It may be a charging state change.

이때, 상기 제1 전극(40) 및 상기 제2 전극(50)에서는 분리 전압이 감지될 수 있다. 즉, 상기 제1 전극(40)에서는 (-) 분리 전압이 감지될 수 있다. 또한, 상기 제2 전극(50)에서는 (+) 분리 전압이 감지될 수 있다. In this case, a separation voltage may be sensed at the first electrode 40 and the second electrode 50. That is, the negative voltage may be sensed at the first electrode 40. In addition, a positive separation voltage may be sensed at the second electrode 50.

결과적으로, 상기 접촉 전압과 상기 분리 전압은 서로 다른 극성을 나타낼 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 제1 전극(40)에서 상기 접촉 전압은 (+) 극성을 나타내고, 상기 분리 전압은 (-) 극성을 나타낼 수 있다. 상기 제2 전극(50)에서 상기 접촉 전압은 (-) 극성을 나타내고, 상기 분리 전압은 (+) 극성을 나타낼 수 있다. As a result, the contact voltage and the separation voltage may exhibit different polarities. As described above, the contact voltage in the first electrode 40 may indicate a positive polarity, and the separation voltage may indicate a negative polarity. In the second electrode 50, the contact voltage may indicate a negative polarity, and the separation voltage may indicate a positive polarity.

본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서(100)는, 상기 제1 마찰층(10), 상기 제1 마찰층(10)과 전자 친화도가 다른 상기 제2 마찰층(20), 및 상기 제1 마찰층(10)과 상기 제2 마찰층(20) 사이에 배치되고, 상기 제1 및 제2 마찰층(10, 20) 사이에 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20) 중 적어도 한 층의 변형을 수용하는 공간을 제공하는 상기 범퍼층(30)을 포함하되, 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)이 접촉되는 시점과, 접촉된 상기 제1 마찰층(10) 및 상기 제2 마찰층(20)이 분리되는 시점에, 상기 제1 마찰층(10)과 상기 제2 마찰층 중 적어도 한 층에 대전 상태의 변화가 유도될 수 있다. 이에 따라, 인간이 접촉된 물체와 상호작용하여 발생시키는 action potential의 출력신호와 유사한 출력신호를 생성하는 촉각 센서가 제공될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the tactile sensor 100 may include the first friction layer 10, the second friction layer 20 having a different electron affinity from the first friction layer 10, and the first friction layer. The first friction layer 10 and the second friction layer 20 are disposed between the friction layer 10 and the second friction layer 20, and between the first and second friction layers 10 and 20. And a bumper layer 30 that provides a space to accommodate deformation of at least one layer, wherein the first friction layer 10 and the second friction layer 20 are in contact with each other. When the first friction layer 10 and the second friction layer 20 are separated, a change in the state of charge may be induced in at least one of the first friction layer 10 and the second friction layer. . Accordingly, a tactile sensor may be provided that generates an output signal similar to that of the action potential generated by human interaction with the contacted object.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서의 특성 평가 결과들이 설명된다. Hereinafter, the characteristic evaluation results of the tactile sensor according to the embodiment of the present invention will be described.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서와 인간의 피부에서 나타나는 출력신호를 비교한 그래프이다. 7 is a graph comparing the output signal appearing in the human skin and the tactile sensor according to an embodiment of the present invention.

도 7의 (a)를 참조하면, 대상체가 인간의 피부 또는 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서에 가해지는 압력의 분포를 나타낸다. t1 및 t3는 압력이 인가되는 시점을 나타내고, t2 및 t4는 압력이 제거되는 시점을 나타낸다. Referring to FIG. 7A, the object shows a distribution of pressure applied to human skin or a tactile sensor according to an embodiment of the present invention. t 1 and t 3 represent the time points at which pressure is applied, and t 2 and t 4 represent the time points at which the pressure is removed.

도 7의 (b)를 참조하면, 도 7의 (a)에서 나타난 압력분포와 같이 대상체가 인간의 피부에 압력을 가하는 경우, 피부 내에서 FA(fast adaption) 수용체가 나타내는 반응을 도시하였다. 도 7의 (b)에서 알 수 있듯이, 인간의 피부 내에 있는 FA 수용체는 압력이 가해지는 시점 및 압력이 제거되는 시점에서 출력신호가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 7B, when the subject exerts pressure on human skin as shown in FIG. 7A, the response of the FA (fast adaption) receptor in the skin is illustrated. As can be seen in Figure 7 (b), the FA receptor in the human skin was confirmed that the output signal appears when the pressure is applied and the time when the pressure is removed.

도 7의 (c)를 참조하면, 도 7의 (a)에서 나타난 압력분포와 같이 대상체가 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서에 압력을 가하는 경우, 상기 촉각 센서 내에서 나타나는 출력신호를 도시하였다. 도 7의 (c)에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 촉각 센서 역시 압력이 가해지는 시점 및 압력이 제거되는 시점에서 출력신호가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 압력이 가해지는 시점 및 압력이 제거되는 시점에서의 전압 값이 서로 다른 극성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 7C, when the object applies pressure to the tactile sensor according to the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 7A, the output signal appears in the tactile sensor. . As can be seen in Figure 7 (c), the tactile sensor according to the embodiment was also confirmed that the output signal appears when the pressure is applied and the time when the pressure is removed. In addition, it was confirmed that the voltage values at the time when the pressure was applied and when the pressure was removed showed different polarities.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서의 출력신호 특성을 나타내는 그래프이다. 8 is a graph illustrating output signal characteristics of a tactile sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 8의 (a)를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 촉각 센서가 대상체에 의하여 압력이 인가되었다가 압력이 제거되는 동작을 반복하고, 이때 나타나는 전압의 변화를 도시하였다. 도 8의 (b)를 참조하면, 도 8의 (a)의 A 부분을 확대하여 나타내었다. 도 8의 (a) 및 (b)를 통해 알 수 있듯이, 상기 실시 예에 따른 촉각 센서는, 대상체에 의하여 압력이 인가되는 시점 및 압력이 제거되는 시점에서 출력신호가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 압력이 가해지는 시점 및 압력이 제거되는 시점에서의 전압 값이 서로 다른 극성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.Referring to (a) of FIG. 8, the tactile sensor according to the embodiment repeats an operation in which pressure is applied by an object and then the pressure is removed, and a change in voltage appearing at this time is illustrated. Referring to FIG. 8B, an enlarged portion A of FIG. 8A is shown. As can be seen from (a) and (b) of Figure 8, the tactile sensor according to the embodiment, it was confirmed that the output signal appears at the time when the pressure is applied by the object and the time when the pressure is removed. In addition, it was confirmed that the voltage values at the time when the pressure was applied and when the pressure was removed showed different polarities.

도 7 및 도 8을 통해 알 수 있듯이, 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서의 출력신호는, 인간의 피부 내에 있는 FA 수용체가 물체와 접촉된 경우 action potential의 출력신호와 실질적으로 일치하는 것을 알 수 있다. 7 and 8, it can be seen that the output signal of the tactile sensor according to the embodiment of the present invention substantially matches the output signal of the action potential when the FA receptor in the human skin comes into contact with an object. Can be.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서가 포함하는 상부 기판의 특성을 나타내는 그래프이다. 9 is a graph showing the characteristics of the upper substrate included in the tactile sensor according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 촉각 센서가 포함하는 400μm의 주기를 갖는 상부 기판의 주파수 영역에 따른 질감 신호를 47.2 mm/s의 속도로 측정하여 나타내었다. 도 9에서 확인할 수 있듯이, 상기 상부 기판은 약 120 Hz 부분에서 하나의 피크(peak)가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이와 달리, 상기 상부 기판의 거칠기가 다양한 경우, 여러 개의 피크가 나타나게 된다. 따라서, 상기 실시 예에 따른 촉각 센서가 포함하는 상부 기판은 거칠기가 일정하다는 것을 알 수 있다. 9, the texture signal according to the frequency region of the upper substrate having a period of 400μm included in the tactile sensor according to the embodiment was measured and shown at a speed of 47.2 mm / s. As can be seen in Figure 9, the upper substrate was confirmed that one peak (peak) appears at about 120 Hz. In contrast, when the roughness of the upper substrate is various, several peaks appear. Therefore, it can be seen that the roughness of the upper substrate included in the tactile sensor according to the embodiment is constant.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail using the preferable embodiment, the scope of the present invention is not limited to a specific embodiment, Comprising: It should be interpreted by the attached Claim. In addition, those skilled in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.

10: 제1 마찰층
20: 제2 마찰층
30: 범퍼층
30s: 공간
40: 제1 전극
50: 제2 전극
60: 상부 기판
70: 하부 기판10: first friction layer
20: second friction layer
30: bumper layer
30s: clear
40: first electrode
50: second electrode
60: upper substrate
70: lower substrate

Claims (13)

제1 마찰층;
상기 제1 마찰층과 전자 친화도가 다른 제2 마찰층;
상기 제1 마찰층과 상기 제2 마찰층 사이에 배치되고, 상기 제1 및 제2 마찰층 사이에 상기 제1 마찰층 및 상기 제2 마찰층 중 적어도 한 층의 변형을 수용하는 공간(void)을 제공하는 범퍼(bumper)층;
상기 제1 마찰층 상부에 배치되고, 라인 형태로 오목부와 볼록부를 갖는 센싱 패턴이 외부로 노출되도록 형성된 상부 기판; 및
상기 제2 마찰층 하부에 배치되는 하부 기판;을 포함하되,
상기 센싱 패턴이 대상물에 의하여 터치되는 것에 따라, 상기 상부 기판 및 상기 제1 마찰층이 변형되고,
상기 변형에 의해 상기 제1 마찰층 및 상기 제2 마찰층이 접촉되는 시점과, 상기 변형이 약해져 접촉된 상기 제1 마찰층 및 상기 제2 마찰층이 분리되는 시점에, 상기 제1 마찰층과 상기 제2 마찰층 중 적어도 한 층에 대전 상태의 변화가 유도되어, 상기 대상물에 의한 촉각을 감지하는, 촉각 센서.
A first friction layer;
A second friction layer having an electron affinity different from the first friction layer;
A space disposed between the first friction layer and the second friction layer and receiving a deformation of at least one of the first friction layer and the second friction layer between the first and second friction layers. A bumper layer providing a;
An upper substrate disposed on the first friction layer and configured to expose a sensing pattern having a concave portion and a convex portion in a line shape to the outside; And
And a lower substrate disposed under the second friction layer.
As the sensing pattern is touched by an object, the upper substrate and the first friction layer are deformed,
When the first friction layer and the second friction layer are in contact with each other by the deformation, and when the first friction layer and the second friction layer which are in contact with the deformation are weakened, the first friction layer is At least one of the second friction layer is induced a change in the state of charge, the tactile sensor to sense the tactile sensation by the object.
제1 항에 있어서,
상기 제1 마찰층의 일 면에 전기적으로 연결되어 배치되는 제1 전극 및 상기 제2 마찰층의 일 면에 전기적으로 연결되어 배치되는 제2 전극을 더 포함하는 촉각 센서.
According to claim 1,
And a second electrode electrically connected to one surface of the first friction layer and a second electrode electrically connected to one surface of the second friction layer.
제2 항에 있어서,
상기 제1 마찰층 및 상기 제2 마찰층이 접촉되는 시점과, 상기 제1 마찰층 및 상기 제2 마찰층간의 접촉이 분리되는 시점에서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 전위가 형성되어 상기 대상물에 의한 촉감을 감지하는 촉각 센서.
The method of claim 2,
A potential is formed between the first electrode and the second electrode when the first friction layer and the second friction layer are in contact, and when the contact between the first friction layer and the second friction layer is separated. Tactile sensor to sense the touch by the object.
제3 항에 있어서,
상기 접촉되는 시점에서의 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 전압 극성은, 상기 분리되는 시점에서의 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 전압 극성과 상이한, 촉각 센서.
The method of claim 3, wherein
The voltage tactile sensor of the first electrode and the second electrode at the point of contact is different from the voltage polarity of the first electrode and the second electrode at the point of separation.
제1 항에 있어서,
상기 범퍼층의 두께는, 0.5 mm 내지 1 mm 인 것을 포함하는 촉각 센서.
According to claim 1,
The bumper layer has a thickness of 0.5 mm to 1 mm.
삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 제1 마찰층 및 상기 제2 마찰층 중 적어도 한 층은 유연성을 가지는 촉각 센서.
According to claim 1,
At least one of the first friction layer and the second friction layer is flexible.
제1 항에 있어서,
상기 제1 마찰층은 PET(polyethylene terephthalate)를 포함하고, 상기 제2 마찰층은 PTFE(polytetrafluoroethylene)를 포함하는 촉각 센서.
According to claim 1,
The first friction layer includes polyethylene terephthalate (PET), and the second friction layer includes polytetrafluoroethylene (PTFE).
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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