KR102270397B1

KR102270397B1 - 자가 발전 위치 검지 모듈

Info

Publication number: KR102270397B1
Application number: KR1020190082935A
Authority: KR
Inventors: 천민정
Original assignee: 주식회사 헬스어드밴스
Priority date: 2019-07-10
Filing date: 2019-07-10
Publication date: 2021-06-29
Also published as: KR20210007093A

Abstract

일 실시 예에 따른 자가 발전 위치 검지 모듈은, 접촉에 의한 마찰전기 에너지를 생성하는, 트라이보 나노제너레이터(triboelectric nanogenerator)로 이루어진 자가 전력 생성 모듈; 상기 자가 전력 생성 모듈에서 생성된 에너지를 충전하는 배터리; 상기 배터리에 충전된 에너지에 기반하여 구동하는 위치 센서; 상기 배터리에 충전된 에너지에 기반하여 구동하며, 상기 위치 센서에서 획득된 위치 정보를 외부 기기로 제공하는 통신 모듈을 포함하여 이루어질 수 있다.

Description

자가 발전 위치 검지 모듈{Location Detection Module Operated Self-Generated Energy}

본 발명은 자가 발전 위치 검지 모듈에 관련된 것으로 보다 구체적으로는, 접촉에 따른 마찰 전기 에너지를 자가 발전하여, 위치 센서를 구동시키는 자가 발전 위치 검지 모듈에 관련된 것이다.

최근 아동, 치매 환자, 고령자들의 안전에 대한 인식이 제고되고 있다. 이들의 안전을 위하여, 특히 실시간으로 위치를 검지하기 위한 필요성이 증가하고 있다.

통상적으로 위치를 센싱하기 위해서는, 위치 센서 그리고, 센싱된 위치 정보를 외부로 송신하기 위한 통신 모듈을 구동하기 위한 배터리가 요구된다. 이와 관련하여, 자체적으로 충전이 가능한 배터리 방식이 더 선호되고 있다. 사용자가 수시로 배터리 사용 여부를 확인하고, 수명이 다 된 배터리를 교체하는 방식으로는, 전원의 소모로 인하여 위치 센싱이 적시에 이루어지지 않는 경우, 혼란을 일으킬 수 있다는 점에서, 사회적 약자의 안전 관리에 부족한 면이 있기 때문이다.

배터리를 자체적으로 충전하기 위해서, 열전 방식, 광전 방식, 압전 방식이 고려되고 있으나, 이들 방식은 아래의 문제가 있다. 먼저 열전 방식은, 온도차에 의해 에너지를 생성하는 방식인데, 신체에서 높은 온도차를 얻기 어렵고, 에너지 생성 효율이 낮다. 그리고 광전 방식은 태양전지 기반의 에너지 생성 방식이기 때문에, 주변 환경에 영향을 많이 받고 공간 상의 제약, 높은 비용이라는 한계가 있다. 또한 압전 방식은 기계적 자극에 의해 에너지가 생성되는 방식인데, 가격이 높다는 점 외에, 압전 효과를 나타내는 물질이 대체로 신체에 해로운 납 성분을 포함한다는 점에서 한계가 있다. 특히 납 성분은 신체에 접촉하는 경우, 다른 이차적인 문제를 야기할 수 있기 때문에, 생명체의 위치 검지 모듈의 에너지 생성원으로는 적절치 못하다고 할 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 자가 발전이 가능하되, 생명체 예를 들어, 신체 친화적인 물질로 이루어진 자가 발전 위치 검지 모듈을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 생명체 예를 들어, 신체의 위치 정보를 제공함에 있어서, 간단한 방법으로 위치 정보를 암호화할 수 있는 자가 발전 위치 검지 모듈을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.

일 실시 예에 따르면, 상기 트라이보 나노제너레이터는, 제1 마찰층, 상기 제1 마찰층과 비전도성 범퍼를 사이에 두고, 소정 간격 이격하되, 상기 제1 마찰층과 다른 전자 친화도를 가지는 제2 마찰층을 포함하며, 상기 제1 마찰층과 상기 제2 마찰층의 접촉 여부에 따라, 상기 마찰전기 에너지가 생성될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 트라이보 나노제너레이터는, 신발의 지면 측에 장착되며, 상기 신발과 지면의 접촉 여부에 따라, 상기 제1 마찰층과 상기 제2 마찰층의 접촉이 이루어질 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 접촉에 따라 변형을 일으키는 다수의 돌출 필러 및 상기 돌출 필러의 변형에 따라 저항이 가변하는 가변 저항층 및 상기 가변 저항층에서의 저항 변화에 기반하여, 접촉 대상의 표면 거칠기에 따른 난수를 생성하는, 난수 생성 모듈, 및 상기 난수 생성 모듈에서 생성된 난수에 기반하여 상기 위치 센서에서 획득된 위치 정보를 암호화하는 암호화부를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 트라이보 나노제너레이터 및 상기 난수 생성 모듈은, 상기 난수 생성 모듈이 상기 트라이보 나노제너레이터 보다 외부로 향하도록 서로 적층될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 가변 저항층 상에는 절연층이 마련되며, 상기 절연층 상에는, 상기 타라이보 나노제너레이터를 이루는, 제1 전극, 제1 마찰층, 상기 제1 마찰층과 비전도성 범퍼를 사이에 두되, 서로 다른 전자 친화도를 가지는 제2 마찰층, 상기 제2 마찰층 상의 제2 전극이 마련될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 돌출 필러가 상기 접촉에 따라 변형하는 경우, 상기 돌출 필러, 상기 가변 저항, 상기 절연층, 상기 제1 전극 및 상기 제1 마찰층이 변형하여, 상기 제1 마찰층과 상기 제2 마찰층의 접촉이 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 트라이보 나노제너레이터를 활용하여 자가 발전을 함으로써, 생체 친화적인 자가 발전 환경을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 난수 생성 모듈을 통하여 보행 중에도 실시간으로 난수를 생성함으로써, 위치 정보의 보안성이 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자가 발전 위치 검지 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자가 센싱 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자가 센싱 모듈의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자가 발전 위치 검지 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자가 센싱 모듈 및 난수 생성 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자가 센싱 모듈 및 난수 생성 모듈의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

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.

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, 형상 및 크기는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

또한, 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.

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.

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.

본 발명의 실시 예들에 따른 자가 발전 위치 검지 모듈은 생체 예를 들어, 신체의 일 측에 마련되어, 신체의 움직임으로부터 에너지를 자체적으로 생산하고, 생산된 에너지를 활용하여 신체의 위치 정보를 제공할 수 있다. 이하 각 실시 예에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자가 발전 위치 검지 모듈을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자가 센싱 모듈을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자가 센싱 모듈의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 자가 발전 위치 검지 모듈(100a)은 자가 전력 생성 모듈(110), 배터리(120), 위치 센서(130) 및 통신 모듈(140) 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.

이하에서는 설명의 편의를 위하여, 일 실시 예에 따른 자가 발전 위치 검지 모듈(100a)이 신발(S)의 일 측 예를 들어, 바닥 면에 마련된 것을 상정하기로 한다. 보다 구체적으로는, 일 실시 예에 따른 자가 발전 위치 검지 모듈(100a)은 신발의 밑 창에 마련될 수 있다. 다만 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 자가 전력 생성 모듈(110)은 신발(S)과 지면과 사이에서 반복적으로 발생하는 접촉력을 전기 에너지를 변환할 수 있다. 이를 위하여, 상기 자가 전력 생성 모듈(110)은 트라이보 나노제너레이터(triboelectric nanogenerator)로 이루어질 수 있다.

상기 트라이보 나노제너레이터로 이루어진 자가 전력 생성 모듈(110)의 구체적인 설명을 위하여 도 2를 참조하면, 상기 자가 전력 생성 모듈(110)은, 제1 전극(112), 제1 마찰층(114), 범퍼(116), 제2 마찰층(118) 및 제2 전극(119) 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 제1 전극(112) 및 상기 제2 전극(119)는 상기 제1 및 제2 마찰층(114, 118)의 접촉 및 분리에 의하여 생성되는 전류를 집전할 수 있다. 상기 제1 전극(112)이 상기 제2 전극(119) 보다 더 지면에 가까운 경우, 상기 제1 전극(112)은 상기 제2 전극(119) 보다 유연한 소재로 이루어질 수 있다. 이는, 신발이 지면과 접촉 함에 따라, 상기 제1 전극(112)이 휘어져야 상기 제1 마찰층(114)에 변형이 유발되고, 상기 변형이 유발된 제1 마찰층(114)이 제2 마찰층(116)과 접촉할 수 있기 때문이다. 예를 들어, 상기 제1 전극(112)은 그래핀, 은 나노 와이어, PDMS 등 유연한 소재로 이루어질 수 있다. 물론 제2 전극(119)도 유연한 소재로 이루어질 수 있음은 물론이다.

일 예에 따르면, 상기 제1 전극(112)과 상기 제2 전극(119)는 전기적으로 비 접촉할 수 있다. 만약, 상기 제1 전극(112)과 상기 제2 전극(119)가 서로 접촉하는 경우, 상기 마찰층들(114, 118)의 접촉에 따른 마찰 에너지 생성이 이루어지기 어렵기 때문이다. 이에 따라, 상기 제1 전극(112)과 상기 제2 전극(119)는 신발(S)의 지면과의 접촉 여부에 관계 없이 항시 서로 전기적으로 절연될 수 있다.

상기 제1 마찰층(114) 및 상기 제2 마찰층(118)은 상기 범퍼(116)를 기준으로 Y 축 방향으로 서로 대향하는 구조를 가질 수 있다. 상기 제1 마찰층(114) 및 상기 제2 마찰층(118)은, 신발이 지면과 접촉하는지 여부에 따라 Y 축 방향으로 서로 이격되거나 접촉할 수 있다.

이 때, 상기 제1 마찰층(114) 및 상기 제2 마찰층(118)은 서로 다른 전자 친화도를 가지는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 마찰층(114)은 PEN(polyethylene naphthalate)으로 형성될 수 있고, 상기 제2 마찰층(118)은 PEN과는 전자 친화도가 상이한 PTFE(polytetrafluoroethylene)로 형성될 수 있다.

상기 범퍼(116)는 비 전도성 소재로 이루어지며, 상기 제1 마찰층(114) 및 상기 제2 마찰층(118)이 서로 Y 축 방향 이격되도록 할 수 있다.

이하, 도 3을 참조하여, 상기 트라이보 나노제너레이터로 이루어진 자가 전력 생성 모듈(110)의 동작이 설명된다.

상기 자가 전력 생성 모듈(110)은 상기 제1 마찰층(114)과 상기 제2 마찰층(118) 간의 접촉 여부에 따라 마찰전기를 생성할 수 있다. 상기 제1 마찰층(114)과 상기 제2 마찰층(118) 간의 접촉/비접촉이 발생하는 경우, 일시적인 전하의 불균형 형상이 발생하게 되는데, 전하의 불균형에 따른 전압차를 기반으로 자가 발전할 수 있는 것이다.

초기 상태에서, 상기 제1 및 제2 마찰층(114, 118)은 상기 비 전도성 범퍼(116)에 의하여 서로 전기적으로 분리된 상태인 것을 상정한다. 이후, 신발(S)이 울퉁 불퉁한 지면(SC)에 이른 경우, 지면(SC)의 형상에 의하여, 제1 전극(112), 제1 마찰층(114)에 변형이 유발되게 된다. 이에 따라, 상기 제1 마찰층(114)이 상기 제2 마찰층(118)과 물리적으로 접촉하게 된다. 이 때, 상기 제1 및 제2 마찰층(114, 118)은 서로 다른 전자 친화도를 가지기 때문에, 일시적인 전하 불균형이 유발되고, 이에 따라 전압이 생성될 수 있다. 이 후, 서로 접촉되었던, 상기 제1 및 제2 마찰층(114, 118)이 서로 분리되면, 불균형하게 유발되었던 전하가 흐르면서, 다른 방향의 전압이 생성될 수 있다. 즉, 보행에 따라, 제1 전극(112)과 제1 전극(119) 사이에는 교류 전류가 자가 생성될 수 있는 것이다.

생성된 전류는 정류 회로(미도시)를 통하여 상기 배터리(120, 도 1참조)에 저장될 수 있다.

상기 위치 센서(130)는 현재의 위치를 실시간으로 센싱하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위하여, 상기 위치 센서(130)는 GPS(global positioning system)으로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 신발(S)를 착용한 관심 객체의 위치 정보가 획득될 수 있다.

이 때, 상기 위치 센서(130)에서 필요한 전기 에너지는, 상기 배터리(120)에 저장된 에너지, 즉, 상기 자가 전력 생성 모듈(110)에서 생성된 에너지가 사용될 수 있다.

상기 통신 모듈(140)은 외부 기기와 통신하는 모듈으로, 예를 들어, 상기 위치 센서(130)에서 센싱된 위치 정보를 외부로 제공하는 기능을 수행할 수 있다.

상기 통신 모듈(140)도 필요한 전기를, 상기 배터리(120)로부터 제공받을 수 있다.

이상 설명한 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 트라이보 나노제너레이터가 신발이 지면과의 접촉 여부에 따라 마찰 전기 에너지를 생성함으로써, 위치 센서 및 통신 모듈에 필요한 전기 에너지를 제공할 수 있다. 이에 따라, 방전의 우려를 최소화할 수 있으므로, 사회적 약자의 안전을 도모할 수 있다.

일 실시 예와 달리, 압전 방식이 사용되는 경우, 전기 에너지 생산 효율이 낮을 뿐 더러, 사용되는 피에조 물질들(piezoelectric materials)이 대부분 인체에 유해한 납 등으로 이루어져 있다. 이 경우, 발 바닥이 납 성분에 노출된다는 점에서, 건강에 해로운 문제가 있었다.

그러나, 일 실시 예에서는, PET나 PTFE와 같이, 신체에 안전한 물질을 사용하여 전기를 자가 발전할 수 있으므로, 건강 관점에서도 이점을 제공할 수 있다.

한편, 일 실시 예에 따른 트라이보 나노제너레이터는 필름 형으로 제조되어, 신발 밑창의 내면, 지면과 접촉하는 외면, 밑창 내부 어디에든 장착될 수 있다.

이하 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자가 발전 위치 검지 모듈(100b)을 설명하기로 한다. 설명의 편의를 위하여, 앞서 일 실시 예와 중복되는 부분은 구체적인 설명을 생략하기로 한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자가 발전 위치 검지 모듈을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자가 센싱 모듈 및 난수 생성 모듈을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자가 센싱 모듈 및 난수 생성 모듈의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

본 실시 예에서는 신발이 지면과 접촉하는 현상을 이용하여 전기 에너지 뿐만 아니라, 난수를 생성하고, 생성된 난수를 활용하여 위치 정보를 암호화하여 외부 기기로 전송하는 기능을 수행할 수 있다.

이를 위하여, 다른 실시 예에 따른 자가 발전 위치 검지 모듈(100b)는 난수 생성 모듈(150) 및 암호화부(160) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.

상기 난수 생성 모듈(150)는 신발(S)이 지면과 접촉하는 것에 의하여 난수를 생성할 수 있다. 이를 위하여, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 난수 생성 모듈(150)은 상기 자가 전력 생성 모듈(110)을 기준으로 지면을 향하는 방향에, 절연층(156)을 사이에 두고 배치될 수 있다.

상기 난수 생성 모듈(150)은, 보행에 따른 지면과의 접촉에 따라, 지면의 거칠기, 접촉 압력, 접촉 방향을 고려하여 전기 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 난수 생성 모듈(150)은 신발(S)과 지면 사이에 동일한 압력으로 접촉이 이루어지는 경우에도, 즉 몸무게가 같은 경우에도, 지면의 거칠기에 따라 서로 다른 전기 신호를 생성할 수 있다. 다른 관점에서, 지면의 거칠기가 같다고 하더라도, 접촉 방향 즉 보행 방향에 따라 서로 다른 전기 신호를 생성할 수 있다. 상기 난수 생성 모듈(150)은 보행에 따라 생성된 전기 신호에 기반하여 난수를 생성할 수 있다.

이를 위하여, 상기 난수 생성 모듈(150)은 기판(152), 상기 기판(152)에 마련된 돌출 필러(153) 및 가변 저항층(156) 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 기판(152)은, 지지 기판으로서, 상기 돌출 필러(153)와 지면 간의 직접적 또는 간접적 접촉에 순응하여 변형할 수 있는 유연 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(152)은 Polyethylene terephthalate (PET)으로 이루어질 수도 있고, Polydimethylsiloxane (PDMS)로 이루어질 수도 있다.

상기 가변 저항층(156)은, 보행 중 발생하는 기판(152)의 변형력을 전달받아 저항이 가변할 수 있다. 예를 들어, 상기 가변 저항층(156)은 소정의 공극(void)을 포함하는 전도성 소재로 이루어질 수 있다. 이 경우, 대상체의 접촉 압력이 인가되는 경우 공극이 줄어들고 전도성 소재 간의 접촉 면적이 증가하므로 가변 저항층(156)의 저항이 감소할 수 있다. 이를 위하여, 상기 가변 저항층(156)은 그래핀으로 이루어질 수 있다.

상기 돌출 필러(153)는 마이크로 또는 나노 단위의 폭을 가질 수 있으며, 상기 기판(152)의 표면으로부터, 지면 방향으로 소정 높이 돌출된 형상을 가질 수 있다. 상기 돌출 필러(153)는 보행에 따라 지면과 접촉하는 경우, 지면 거칠기, 접촉 압력, 보행 방향 중 어느 한 인자에 따라 물리적으로 변형할 수 있다. 이를 위하여, 상기 돌출 필러(153)는 소정의 탄성을 가지는 소재 예를 들어, PET, PDMS 중 적어도 하나의 소재를 포함하여 이루어질 수 있다.

일 예에 따르면 상기 돌출 필러(153) 간의 간격은 수 마이크로미터 예를 들어, 1um 일 수 있다. 상기 돌출 필러(153) 간의 간격이 좁을수록 분해능이 향상될 수 있다.

일 예에 따르면, 상기 돌출 필러(153)는 상기 기판(152)과 일체로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 돌출 필러(153)는 상기 기판(152)의 식각 공정을 통하여 제조될 수 있다. 다만 이는 일 예일 뿐 제조 방법이 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 가변 저항층(154)의 저항 변화는 라우터(미도시) 및 라우터에 연결된 전극(미도시)에 의하여 측정될 수 있다. 이에 따라 상기 라우터를 통하여 가변 저항층(154)과 연결된 전극을 통하여 가변 저항층(154)의 저항 변화가 측정될 수 있는 것이다.

상기 가변 저항층(154)의 저항 변화는 전처리를 거쳐 미리 정해진 난수 생성 알고리즘에 따라 난수로 생성될 수 있다.

이하 도 6을 참조하여 동작 방법이 설명된다.

초기 상태에서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 가변 저항층(154)의 두께는 일정하게 유지되고, 제1 및 제2 마찰층(114, 118)도 서로 이격된 상태로 유지될 수 있다.

이 후 보행에 따라, 도 6에 도시된 볼록 튀어나온 지면(SCa)이 신발이 접촉하는 경우, 돌출 필러(153)는 지면의 형상에 순응하여 변형할 수 있다. 이 경우, 가변 저항층(154)의 두께도 변화하게 된다. 즉, 돌출된 지면(SCa)의 상측의 국지적 부분의 두께가 얇아지게 된다. 이에 따라 가변 저항층(154)의 저항이 달라지게 되므로, 앞서 설명한 바와 같이, 지면의 거칠기에 대응하여 실시간 난수가 생성될 수 있다.

또한, 돌출 지면(SCa)에 의하여 가변 저항층(154), 절연층(156), 제1 전극(110), 제1 마찰층(114)이 순차적으로 변형하여, 제1 및 제2 마찰층(114, 118) 간의 접촉이 이루어지면서, 앞서 설명한 바와 같이 마찰 전기가 생성될 수 있다.

상기 위치 센서(130)는 관심 객체의 위치 정보를 센싱하되, 센싱된 위치 정보는 암호화부(160)에 의하여 암호화될 수 있다. 즉, 상기 암호화부(160)는 상기 난수 생성 모듈(150)에서 생성된 난수에 기반하여, 상기 위치 정보를 암호화할 수 있다. 이후, 통신 모듈(140)은 암호화된 위치 정보를 외부 기기로 전송할 수 있다.

본 실시 예에 따르면, 특히 지면 거칠기에 기반하여 난수를 생성하기 때문에, 우수한 보안성이 제공될 수 있다. 왜냐하면, 해킹을 시도하는 자가, 보행 접촉 지면의 거칠기, 접촉 압력, 보행 방향, 돌출 필러, 기판, 가변 저항층의 탄성 계수까지 모두 해킹하는 것은 불가능에 가깝기 때문이다.

나아가, 본 실시 예에 따른 난수 생성 방식은 시간 보다는 공간에 의존하는 방식이다. 만약 시간에만 의존하여 난수를 생성하다면, 난수의 질 또는 양을 늘리기 위해서는 시간이 더 투여될 수 밖에 없다. 그러나, 실시 예에 따르면, 무질서한 지면 거칠기라는 공간에 의존하기 때문에, 난수의 질 또는 양을 늘리기 위해서는, 단순히 공간의 지면 거칠기를 측정하는 센서를 늘리는 것으로 해결할 수 있다.

또한, 보행 중에 항시적으로 접촉하는 지면의 거칠기를 활용한다는 점에서, 난수를 생성하는 소재를 항상 제공받을 수 있으므로, 신발과 같은 이동성이 있는 대상체에 장착되는 경우, 활용성이 증대될 수 있다.

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.

Claims

접촉에 의한 마찰전기 에너지를 생성하는, 트라이보 나노제너레이터(triboelectric nanogenerator)로 이루어진 자가 전력 생성 모듈;
상기 자가 전력 생성 모듈에서 생성된 에너지를 충전하는 배터리;
상기 배터리에 충전된 에너지에 기반하여 구동하는 위치 센서;
상기 배터리에 충전된 에너지에 기반하여 구동하며, 상기 위치 센서에서 획득된 위치 정보를 외부 기기로 제공하는 통신 모듈;
유연 소재로 이루어진 기판, 상기 기판으로부터 지면 방향으로 소정 높이 돌 출된 형상을 가지되, 상기 지면과의 접촉에 따라 변형되는 다수의 돌출 필러, 및 상기 돌출 필러의 변형에 따라 저항이 가변되는 가변 저항층을 포함하되, 상기 가변 저항층에서의 저항 변화에 기반하여 난수를 생성하는, 난수 생성 모듈; 및
상기 난수 생성 모듈에서 생성된 난수에 기반하여, 상기 위치 센서에서 획득된 위치 정보를 암호화하는, 암호화부;를 포함하되,
상기 난수 생성 모듈과 상기 자가 전력 생성 모듈은, 절연층을 사이에 두고 배치되되,
상기 지면으로부터 상기 난수 생성 모듈, 상기 절연층, 및 상기 자가 전력 생성 모듈 순으로 순차적으로 적층되며,
상기 난수 생성 모듈의 다수의 돌출 필러는,
상기 돌출 필러 간에 나노 단위 내지 마이크로 단위의 폭으로 배치되되, 탄성 소재로 이루어지며,
상기 지면과 접촉되는 경우, 상기 지면의 거칠기, 상기 지면과의 접촉 압력, 및 보행 방향 중 어느 하나의 인자에 따라 변형되고,
상기 가변 저항층은,
상기 인자에 따라 변형된 상기 돌출 필러에 대응되는 위치에서 국지적으로 부분 두께가 변형되되, 상기 국지적 부분 두께 변형에 의해 저항이 실시간으로 가변되고,
상기 난수 생성 모듈은,
상기 가변 저항층의 실시간 저항 변화에 의해 난수를 실시간으로 생성하고,
상기 암호화부는,
상기 난수 생성 모듈에서 실시간으로 생성된 난수에 기반하여, 상기 위치 정보를 실시간으로 암호화하는, 자가 발전 위치 검지 모듈.
제1 항에 있어서,
상기 트라이보 나노제너레이터는,
제1 마찰층, 상기 제1 마찰층과 비전도성 범퍼를 사이에 두고, 소정 간격 이격하되, 상기 제1 마찰층과 다른 전자 친화도를 가지는 제2 마찰층을 포함하며,
상기 제1 마찰층과 상기 제2 마찰층의 접촉 여부에 따라, 상기 마찰전기 에너지가 생성되는, 자가 발전 위치 검지 모듈.
제2 항에 있어서,
상기 트라이보 나노제너레이터는, 신발의 지면 측에 장착되며,
상기 신발과 지면의 접촉 여부에 따라, 상기 제1 마찰층과 상기 제2 마찰층의 접촉이 이루어지는, 자가 발전 위치 검지 모듈.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 기판 및 상기 돌출 필러 중에서 적어도 어느 하나는, Polyethylene terephthalate(PET) 및 Polydimethylsiloxane(PDMS) 중에서 적어도 어느 하나로 이루어진, 자가 발전 위치 검지 모듈.
제1 항에 있어서,
상기 절연층 상에는, 상기 트라이보 나노제너레이터를 이루는, 제1 전극, 제1 마찰층, 상기 제1 마찰층과 비전도성 범퍼를 사이에 두되, 서로 다른 전자 친화도를 가지는 제2 마찰층, 상기 제2 마찰층 상의 제2 전극이 순차적으로 마련되는, 자가 발전 위치 검지 모듈.
제6 항에 있어서,
상기 돌출 필러가 상기 지면과의 접촉에 따라 변형되는 경우, 상기 돌출 필러, 상기 가변 저항층, 상기 절연층, 상기 제1 전극 및 상기 제1 마찰층이 변형되어, 상기 제1 마찰층과 상기 제2 마찰층의 접촉이 이루어지는, 자가 발전 위치 검지 모듈.