WO2019124868A1 - Tactile sensor, method for manufacturing same, and method for operating same - Google Patents

Tactile sensor, method for manufacturing same, and method for operating same Download PDF

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WO2019124868A1
WO2019124868A1 PCT/KR2018/015788 KR2018015788W WO2019124868A1 WO 2019124868 A1 WO2019124868 A1 WO 2019124868A1 KR 2018015788 W KR2018015788 W KR 2018015788W WO 2019124868 A1 WO2019124868 A1 WO 2019124868A1
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layer
friction layer
friction
electrode
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PCT/KR2018/015788
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박완준
천성우
손원경
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한양대학교 산학협력단
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/14—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • G01L1/142—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors
    • G01L1/146—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators using capacitors for measuring force distributions, e.g. using force arrays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
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    • G01L1/14—Measuring force or stress, in general by measuring variations in capacitance or inductance of electrical elements, e.g. by measuring variations of frequency of electrical oscillators
    • G—PHYSICS
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    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/16—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force
    • G01L5/165—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring several components of force using variations in capacitance

Definitions

  • 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 manufacturing method thereof, and an operation method thereof.
  • the human hand is an important part of the sense of tactile sensation.
  • the tactile sense felt by humans can mean information such as contact force, surface roughness, and surface temperature. If there is a device that can feel the tactile sensation like a human hand, the application field of this device can be very various.
  • Tactile technology can be applied not only to general robots and medical devices but also to display input devices, and promising technologies that can be used in various fields can be promising.
  • This tactile sensing technology senses the force of contact with an object in order to feel a tactile sensation similar to what a human senses.
  • implementing a sensor that plays the same role as a pressure point distributed on human skin can be used in various fields.
  • the conventional contact type electrostatic capacitance method is a method of detecting the position by calculating the magnitude of electrostatic capacitance which is changed when a pen or a finger touches the insulating layer formed on the electrode.
  • the technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.
  • the present invention provides a tactile sensor.
  • the tactile sensor comprises a first friction layer, a second friction layer having an electron affinity different from that of the first friction layer, and a second friction layer disposed 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 deformation of at least one of the first friction layer and the second friction layer, And at least one of the first friction layer and the second friction layer is in contact with the first friction layer and the second friction layer at a time when the second friction layer is in contact with the contact point between the first friction layer and the second friction layer, A change can be induced.
  • the tactile sensor 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 .
  • a potential may be formed between the first electrode and the second electrode as the tactile sensor is induced to change the charging state.
  • the voltage polarity of the first electrode and the second electrode at the time of contact may be different from the voltage polarity of the first electrode and the second electrode at the time of separation.
  • the thickness of the bumper layer may comprise from 0.5 mm to 1 mm.
  • the tactile sensor has a sensing pattern having a concave portion and a convex portion in the form of a line, an upper substrate disposed above the first friction layer, and a lower substrate disposed below the second friction layer .
  • At least one of the first friction layer and the second friction layer may have flexibility.
  • the first friction layer includes PET (polyethylene terephthalate), and the second friction layer includes PTFE (polytetrafluoroethylene).
  • the present invention provides a method of operating a tactile sensor.
  • the method of operation of the tactile sensor comprises the steps of preparing a first friction layer and a second friction layer spaced a predetermined distance from the first friction layer, the first and second friction layers being in contact with each other
  • a contact time detection step in which a first charge state change is induced at a time point when the first contact state is changed and a second contact state change step in which a second charge state change is induced at the time when the mutually contacting first and second friction layers are separated have.
  • the method of operating the tactile sensor may further comprise the steps of: detecting a contact voltage according to the first charging state change in the contact time sensing step; Voltage can be detected.
  • the tactile sensor may not detect the contact voltage while the contact of the first and second friction layers is maintained in the touch timing detection step.
  • the contact voltage and the separation voltage may be of different polarities.
  • the present invention provides a method of manufacturing a tactile sensor.
  • the method of manufacturing a tactile sensor comprises the steps of: preparing a lower friction layer; forming a bumper layer opening an upper portion in the thickness direction of the lower friction layer; And forming an upper friction layer having different electron affinities with the lower friction layer.
  • a tactile sensor includes a first friction layer, a second friction layer having an electron affinity different from that of the first friction layer, and a second friction layer disposed between the first friction layer and the second friction layer, And a bumper layer providing a space between the first and second friction layers to accommodate deformation of at least one of the first and second friction layers, wherein the first and second friction layers A change in the charging state may be induced in at least one of the first friction layer and the second friction layer at a time point when the first friction layer and the second friction layer come into contact with each other and at the time when the first friction layer and the second friction layer that are in contact are separated .
  • a tactile sensor can be provided that generates an output signal similar to an output signal of an action potential generated by interaction with a human-contacted object.
  • FIG. 1 is a view showing a tactile sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a tactile sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating an operation method of a tactile sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 4 to 6 are views showing a tactile sensor tactile method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a graph comparing an output signal of a tactile sensor according to an embodiment of the present invention and human skin.
  • FIG. 8 is a graph showing output signal characteristics of a tactile sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a graph showing characteristics of an upper substrate including a tactile sensor according to an embodiment of the present invention.
  • first, second, third, etc. in the various embodiments of the present disclosure are used to describe various components, these components should not be limited by these terms. These terms have only been used to distinguish one component from another. Thus, what is referred to as a first component in any one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment.
  • Each embodiment described and exemplified herein also includes its complementary embodiment. Also, in this specification, 'and / or' are used to include at least one of the front and rear components.
  • connection &quot is used to include both indirectly connecting and directly connecting a plurality of components.
  • FIG. 1 is a view showing a tactile sensor according to an embodiment of the present invention.
  • the tactile sensor 100 includes a first rubbing layer 10, a second rubbing layer 20, a bumper layer 30, a first electrode 40, 50, an upper substrate 60, and a lower substrate 70. [0034] Each configuration will be described below.
  • the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 may contact each other to generate triboelectricity.
  • the second friction layer 20 may be made of a material having an electron affinity different from that of the first friction layer 10.
  • at least one of the first friction layer 10 and the second friction layer 20 may have flexibility.
  • the first rubbing layer 10 may be made of PET (polyethylene terephthalate).
  • the second friction layer 20 may be formed of polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • a change in the charging state can be induced in at least one of the layer 10 and the second rubbing layer 20.
  • a change in the charging state can be induced in at least one of the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20.
  • the electron affinities of the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 are different from each other , Surface charges may be generated, respectively.
  • the polarities of the surface charges generated in the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 may be different from each other.
  • positive charge may be generated in the first rubbing layer 10
  • (-) charge may be generated in the pixel electrode 20.
  • the generated surface charge may be formed at a portion where the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 are in contact with each other to provide a triboelectric potential.
  • first electrode 40 is disposed on one surface of the first rubbing layer 10 and the second electrode 50 is disposed on one surface of the second rubbing layer 20 to detect the flow of electrons. Can be arranged. A detailed description of the first and second electrodes 40 and 50 will be described later.
  • the first rubbing layer 10 may be spaced apart from the second rubbing layer 20 by a predetermined distance.
  • a bumper layer 30 may be disposed between the first and second friction layers 10, 20.
  • the bumper layer 30 may provide voids 30s between the first and second friction layers 10 and 20.
  • the space 30s may accommodate deformation of at least one of the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20. That is, when the first rubbing layer 10 is pressed by pressure and a deformation is generated protruding from the first rubbing layer 10 toward the second rubbing layer 20, the space 30s is protruded The first friction layer 10 can be received.
  • the bumper layer 30 may be acrylic with a thickness of 0.5 mm to 1 mm. On the other hand, if the thickness of the bumper layer 30 is less than 0.5 mm, the output signal may be lowered. When the thickness of the bumper layer 30 is more than 1 mm, the time required for the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 to contact each other is increased, I can not.
  • the first electrode 40 may be electrically connected to one surface of the first rubbing layer 10.
  • the first electrode 40 may be disposed on the upper surface of the first rubbing layer 10.
  • the second electrode 50 may be electrically connected to one surface of the second rubbing layer 20.
  • the second electrode 50 may be disposed on the lower surface of the second rubbing layer 20.
  • the first electrode 40 and the second electrode 50 may be transparent electrodes.
  • the first electrode 40 and the second electrode 50 may be indium tin oxide (ITO).
  • ITO indium tin oxide
  • at least one of the first electrode 40 and the second electrode 50 may have flexibility.
  • the electrode which deforms according to the touch can have flexibility.
  • the first electrode 40 and the second electrode 50 are electrically connected to the first electrode 40 in accordance with induction of a change in charging state of the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20, And the second electrode (50).
  • the voltage polarity of the first electrode 40 and the second electrode 50 at the time of the contact is determined by the voltage polarity of the first electrode 40 and the second electrode 50 Voltage polarity.
  • the voltage polarity of the first electrode 40 may be (+) and the voltage polarity of the second electrode 50 may be (-).
  • the voltage polarity of the first electrode 40 may be (-) and the voltage polarity of the second electrode 50 may be (+).
  • the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 may generate (+) charge and (-) charge, respectively.
  • the first electrode 40 is electrically connected to the first rubbing layer 10 and the second electrode 50 is electrically connected to the second rubbing layer 20, (-) charge due to being electrically connected to the gate electrode.
  • the first electrode 40 connected to the first rubbing layer 10 is charged in a polarity opposite to that of the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20,
  • the second electrode 50 connected to the second friction layer 20 may be charged with a polarity opposite to that of the second friction layer 20.
  • the first electrode 10 exhibits a negative voltage and negative charge is applied to the second rubbing layer 20
  • the second electrode 20 may exhibit a (+) voltage. Accordingly, the voltage polarity of the first electrode 40 and the second electrode 50 at the time of the contact and the voltage polarity of the first electrode 40 and the second electrode 50 at the time of the separation, May be different from each other.
  • no voltage may be sensed at the first electrode 40 and the second electrode 50 while the contact between the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 is maintained. That is, between the time when the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 come into contact with the time when the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 are separated from each other, The electric potential generated at the time when the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 are contacted can be extinguished.
  • the tactile sensor 100 also includes the first friction layer 10 and the second friction layer 20 in contact with the contact point between the first friction layer 10 and the second friction layer 20, 2 output signal is generated at the time when the friction layer 20 is separated. Accordingly, the tactile sensor 100 according to the embodiment of the present invention can be easily applied in a place where it is used as a device for interfacing with a living body such as a virtual augmented reality system, an athletic body, a prosthesis, a tactile display, a medical tool, .
  • the upper substrate 60 may be disposed on the first rubbing layer 10
  • the lower substrate 70 may be disposed on the lower portion of the second rubbing layer 20.
  • the top substrate 60 may comprise an SU-8 material.
  • the lower substrate 70 may be made of PET (polyethylene terephthalate).
  • 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.
  • the upper substrate 60 When the sensing pattern is touched by an object, the upper substrate 60 may be deformed by contacting the surface of the object with the sensing pattern. As the upper substrate 60 is deformed, the first electrode 40 and the first rubbing 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 due to being disposed at a predetermined distance from the bumper layer 30. Accordingly, the first rubbing layer 10 may be in contact with the second rubbing layer 20.
  • the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 contact each other according to the pressure applied to the upper substrate 60 by the object, And the contacted first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 can be separated as the pressure applied to the upper substrate 60 by the object becomes weak.
  • a potential is formed between the first electrode 40 and the second electrode 50 to sense the touch by the object.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a tactile sensor according to an embodiment of the present invention.
  • a method of manufacturing a tactile sensor includes preparing a lower friction layer (S10), forming a bumper layer (S20) And forming an upper friction layer covering the opening (S30).
  • 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.
  • the lower friction layer, the electrodes formed on the lower surface of the lower substrate, and the lower substrate may be formed on the second friction layer 20, the second electrode 50, And the lower substrate 70, respectively.
  • the electrode formed on the lower surface of the lower substrate may be formed by a method of coating ITO.
  • the bumper layer may be formed along the periphery of the outer portion of the lower friction layer. Accordingly, the lower friction layer may be divided into a portion that is not exposed to the outside and a portion that is exposed to the outside by the bumper layer. For example, the bumper layer may be formed on the lower friction layer in a '?' Shape. According to one embodiment, the bumper layer may be the same as the bumper layer 30 described with reference to Fig.
  • the upper friction layer may have a different electron affinity from the lower friction layer.
  • a space may be formed between the upper friction layer and the lower friction layer.
  • 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.
  • the step S30 may include preparing an upper substrate, forming an electrode on the upper surface of the upper friction layer, and disposing the upper substrate on the upper surface of the electrode.
  • the upper substrate and the electrode formed on the upper surface of the upper friction layer may be the same as the first electrode 30 and the upper substrate 60 described with reference to FIG. After step S30, the tactile sensor according to the embodiment can be manufactured.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating an operation method of a tactile sensor according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 4 to 6 are views illustrating a method of tacticing a tactile sensor according to an embodiment of the present invention.
  • the method of operating the tactile sensor according to the embodiment includes a step of preparing a first rubbing layer 10 and a second rubbing layer 20 spaced apart from the first rubbing layer 10 by a predetermined distance (S100), a contact timing detection step (S200), and a separation timing detection step (S300).
  • a method of operating the tactile sensor according to the above embodiment can be described by the tactile sensor 100 described with reference to FIG.
  • the tactile sensor 100 may further include a voltmeter (not shown) for measuring a voltage. The voltmeter may be connected to the first electrode 40 and the second electrode 50.
  • each step will be described by the tactile sensor 100.
  • the first friction layer 10 and the second friction layer 20 are separated from each other by the space 30s provided by the bumper layer 30 at a predetermined distance And can be spaced apart. In the initial state, the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 can remain uncharged.
  • the object 200 may touch the upper substrate 60 of the tactile sensor 100.
  • FIG. In this case, as the upper substrate 60 is deformed, the first rubbing layer 100 is changed to the second rubbing layer 20. According to the deformation, at the time when the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 come into contact with each other, a first charging state change can be induced. At this time, the contact voltage can be sensed according to the first charging state change.
  • the upper substrate 60 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 rubbing 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 due to being disposed at a predetermined distance from the bumper layer 30. Accordingly, the first rubbing layer 10 may be in contact with the second rubbing layer 20.
  • the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 are in contact with each other, as the electron affinity of the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 are different from each other, Surface charge can be generated respectively.
  • positive charges may be generated in the first rubbing layer 10
  • negative charges may be generated in the second rubbing layer 20. That is, the first charging state change induction may be the generation of surface charges according to different electron affinities of the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20.
  • 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 rubbing layer 10, a positive contact voltage such as the first rubbing layer 10 can be sensed. In addition, since the second electrode 50 is electrically connected to the second rubbing layer 20, a negative contact voltage such as the second rubbing layer 20 can be sensed.
  • step S200 the contact voltage may not be sensed while the contact between the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 is maintained. That is, the electric potential generated at the time when the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 are in contact with each other is the same as the dislocation during the contact between the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 .
  • a second charging state change may be induced when the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 which are in contact with each other are separated from each other . Accordingly, the dislodged potential is generated again while the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 are in contact with each other, and the separated voltage can be sensed according to the second charging state change.
  • the upper substrate 60, the first electrode 40, The deformed shape can be restored to the shape before deformed. Accordingly, the first friction layer 10 and the second friction layer 20 which are in contact with each other can be separated.
  • the first electrode 40 and the second electrode 50 are separated from the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 when the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 are separated from each other, And the surface charge of the second rubbing layer 20, respectively. That is, when the first rubbing layer 10 has a positive surface charge, the first electrode 40 may be charged to have a negative charge. In addition, when the second rubbing layer 20 has a negative charge, the second electrode 50 may be charged to have positive charge. In other words, the second charging state change induction is caused by the surface charge of the first rubbing layer 20 and the second rubbing layer 20, and the surface roughness of the first electrode 40 and the second electrode 50 It may be a charging state change.
  • the separated voltage may be sensed by the first electrode 40 and the second electrode 50. That is, the negative voltage may be sensed by the first electrode 40. Also, a positive voltage may be sensed at the second electrode 50.
  • the contact voltage and the separation voltage may exhibit different polarities.
  • the contact voltage in the first electrode 40, the contact voltage exhibits a positive polarity, and the separated voltage may exhibit a negative polarity.
  • the contact voltage in the second electrode 50, the contact voltage may exhibit a negative polarity, and the separated voltage may exhibit a positive polarity.
  • the tactile sensor 100 includes the first rubbing layer 10, the second rubbing layer 20 having an electron affinity different from that of the first rubbing layer 10, A first friction layer and a second friction layer disposed between the friction layer and the second friction layer and between the first and second friction layers,
  • the bumper layer (30) provides a space for accommodating deformation of at least one of the first and second friction layers (10, 20)
  • a change in the charging state may be induced in at least one of the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer .
  • a tactile sensor can be provided that generates an output signal similar to an output signal of an action potential generated by interaction with a human-contacted object.
  • FIG. 7 is a graph comparing an output signal of a tactile sensor according to an embodiment of the present invention and human skin.
  • the object represents the distribution of pressure applied to the human skin or the tactile sensor according to the embodiment of the present invention.
  • t 1 and t 3 denote the point of time when the pressure is applied, and t 2 and t 4 denote the point at which the pressure is removed.
  • FIG. 7 (b) the reaction represented by the FA (fast adaptation) receptor in the skin when the subject applies pressure to human skin as shown in the pressure distribution shown in FIG. 7 (a) is shown.
  • FIG. 7 (b) it was confirmed that an output signal appears at a time point when the pressure is applied and when the pressure is removed.
  • the tactile sensor according to the embodiment can also confirm that the output signal appears at the time when the pressure is applied and when the pressure is removed. It was also confirmed that the voltage values at the time when the pressure was applied and the time when the pressure was removed exhibited different polarities.
  • FIG. 8 is a graph showing output signal characteristics of a tactile sensor according to an embodiment of the present invention.
  • the tactile sensor according to the embodiment repeats the action of applying pressure by the object and removing the pressure, and shows the change of the voltage at this time.
  • FIG. 8 (b) the portion A in FIG. 8 (a) is enlarged.
  • the tactile sensor according to the embodiment can confirm that the output signal appears at the time when the pressure is applied by the object and when the pressure is removed. It was also confirmed that the voltage values at the time when the pressure was applied and the time when the pressure was removed exhibited different polarities.
  • the output signal of the tactile sensor according to the embodiment of the present invention is substantially identical to the output signal of the action potential when the FA receptor in the human skin contacts the object. .
  • FIG. 9 is a graph showing characteristics of an upper substrate including a tactile sensor according to an embodiment of the present invention.
  • a texture signal according to the frequency region of the upper substrate having a period of 400 ⁇ m included in the tactile sensor according to the embodiment is measured at a speed of 47.2 mm / s.
  • the upper substrate exhibited one peak at about 120 Hz.
  • the roughness of the upper substrate is varied, 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.

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Abstract

A tactile sensor is provided. The tactile sensor comprises: a first friction layer; a second friction layer having an electron affinity different from that of the first friction layer; and a bumper layer disposed between the first friction layer and the second friction layer, wherein at a point in time when the first friction layer and the second friction layer come into contact with each other, and a point in time when the first friction layer and the second friction layer are separated from each other, the charged state of at least one layer of the first friction layer and the second friction layer may be changed.

Description

촉각 센서, 그 제조 방법 및 그 동작 방법Tactile sensor, method of manufacturing the same, and operation method thereof
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.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 manufacturing method thereof, and an operation method thereof.
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 tactile sensation. The tactile sense felt by humans can mean information such as contact force, surface roughness, and surface temperature. If there is a device that can feel the tactile sensation like a human hand, the application field of this device can be very various. Tactile technology can be applied not only to general robots and medical devices but also to display input devices, and promising technologies that can be used in various fields can be promising.
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 of contact with an object in order to feel a tactile sensation similar to what a human senses. As such, implementing a sensor that plays the same role as a pressure point distributed on human skin can 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 type electrostatic capacitance method is a method of detecting the position by calculating the magnitude of electrostatic capacitance which is changed when a pen or a finger touches the insulating layer formed on the electrode. As the application fields of the tactile sensor have diversified, attempts have been made to manufacture a tactile sensor with a simple structure while manufacturing a small high performance tactile sensor.
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. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a tactile sensor having a tactile measurement mechanism similar to a tactile measurement mechanism of human skin, a method of manufacturing the tactile sensor, 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. It is another object of the present invention to provide an improved tactile sensor having an 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. It is another object of the present invention to provide a tactile sensor which can be easily applied to an apparatus for interface with a living body, a method of manufacturing the tactile sensor, 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-mentioned technical problems, 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 one embodiment, the tactile sensor comprises a first friction layer, a second friction layer having an electron affinity different from that of the first friction layer, and a second friction layer disposed 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 deformation of at least one of the first friction layer and the second friction layer, And at least one of the first friction layer and the second friction layer is in contact with the first friction layer and the second friction layer at a time when the second friction layer is in contact with the contact point between the first friction layer and the second friction layer, A 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 one embodiment, the tactile sensor 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 .
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, a potential may be formed between the first electrode and the second electrode as the tactile sensor is induced to change the charging state.
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 time of contact may be different from the voltage polarity of the first electrode and the second electrode at the time of separation.
일 실시 예에 따르면, 상기 범퍼층의 두께는, 0.5 mm 내지 1 mm 인 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the thickness of the bumper layer may comprise from 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, an upper substrate disposed above the first friction layer, and a lower substrate disposed below the second friction layer .
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 one embodiment, the first friction layer includes PET (polyethylene terephthalate), and the second friction layer includes PTFE (polytetrafluoroethylene).
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 촉각 센서의 동작 방법을 제공한다. In order to solve the above-mentioned technical problems, the present invention provides a method of operating a 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 one embodiment, the method of operation of the tactile sensor comprises the steps of preparing a first friction layer and a second friction layer spaced a predetermined distance from the first friction layer, the first and second friction layers being in contact with each other A contact time detection step in which a first charge state change is induced at a time point when the first contact state is changed and a second contact state change step in which a second charge state change is induced at the time when the mutually contacting first and second friction layers 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 invention, the method of operating the tactile sensor may further comprise the steps of: detecting a contact voltage according to the first charging state change in the contact time sensing step; Voltage can be detected.
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, the tactile sensor may not detect the contact voltage while the contact of the first and second friction layers is maintained in the touch timing detection step.
일 실시 예에 따르면, 상기 접촉 전압과 상기 분리 전압은 서로 다른 극성일 수 있다. According to one embodiment, the contact voltage and the separation voltage may be of different polarities.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 촉각 센서의 제조 방법을 제공한다. In order to solve the above-described technical problems, 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 one embodiment, the method of manufacturing a tactile sensor comprises the steps of: preparing a lower friction layer; forming a bumper layer opening an upper portion in the thickness direction of the lower friction layer; And forming an upper friction layer having different electron affinities with 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.A tactile sensor according to an embodiment of the present invention includes a first friction layer, a second friction layer having an electron affinity different from that of the first friction layer, and a second friction layer disposed between the first friction layer and the second friction layer, And a bumper layer providing a space between the first and second friction layers to accommodate deformation of at least one of the first and second friction layers, wherein the first and second friction layers A change in the charging state may be induced in at least one of the first friction layer and the second friction layer at a time point when the first friction layer and the second friction layer come into contact with each other and at the time when the first friction layer and the second friction layer that are in contact are separated . Thereby, a tactile sensor can be provided that generates an output signal similar to an output signal of an action potential generated by interaction with a human-contacted object.
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 2는 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서의 제조 방법을 설명하는 순서도이다. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a tactile sensor according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서의 동작 방법을 설명하는 순서도이다. 3 is a flowchart illustrating an operation method of a tactile sensor according to an embodiment of the present invention.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서의 동장 방법을 나타내는 도면이다. FIGS. 4 to 6 are views showing a tactile sensor tactile method according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서와 인간의 피부에서 나타나는 출력신호를 비교한 그래프이다. FIG. 7 is a graph comparing an output signal of a tactile sensor according to an embodiment of the present invention and human skin.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서의 출력신호 특성을 나타내는 그래프이다. 8 is a graph showing output signal characteristics of a tactile sensor according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서가 포함하는 상부 기판의 특성을 나타내는 그래프이다.9 is a graph showing characteristics of an upper substrate including a 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, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical spirit of the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention 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 this specification, when an element is referred to as being on another element, it may be directly formed on another element, or a third element may be interposed therebetween. Also, in the drawings, thickness and size are exaggerated for an 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.Although the terms first, second, third, etc. in the various embodiments of the present disclosure are used to describe various components, these components should not be limited by these terms. These terms have only been used to distinguish one component from another. Thus, what is referred to as a first component in any one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and exemplified herein also includes its complementary embodiment. Also, in this specification, 'and / or' are used to include at least one of the front and rear components.
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. The singular forms "a", "an", and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. It is also to be understood that the terms such as " comprises "or" having "are intended to specify the presence of stated features, integers, Should not be understood to exclude the presence or addition of one or more other elements, elements, or combinations thereof. Also, in this specification, the term "connection " is used to include both indirectly connecting and directly connecting a plurality of components.
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 the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
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 includes a first rubbing layer 10, a second rubbing layer 20, a bumper layer 30, a first electrode 40, 50, an upper substrate 60, and a lower substrate 70. [0034] Each configuration will be described below.
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 rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 may contact each other to generate triboelectricity. For this, 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 one embodiment, at least one of the first friction layer 10 and the second friction layer 20 may have flexibility. For example, the first rubbing layer 10 may be made of PET (polyethylene terephthalate). For example, the second friction layer 20 may be formed of polytetrafluoroethylene (PTFE).
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 rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 are in contact with each other, at the time when the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 are in contact with each other, A change in the charging state can be induced in at least one of the layer 10 and the second rubbing layer 20. [ When the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 are separated from each other, at a time point when the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 are separated from each other, A change in the charging state can be induced in at least one of the first rubbing layer 10 and the second rubbing 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 rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 are in contact with each other, the electron affinities of the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 are different from each other , Surface charges may be generated, respectively. At this time, the polarities of the surface charges generated in the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 may be different from each other. For example, when the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 are in contact with each other, positive charge may be generated in the first rubbing layer 10, (-) charge may be generated in the pixel electrode 20. The generated surface charge may be formed at a portion where the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 are in contact with each other to provide a triboelectric potential. Alternatively, when the contact between the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 is separated, a negative charge may be generated in the first rubbing layer 10, (+) Charge may be generated in the pixel electrode 20. The first electrode 40 is disposed on one surface of the first rubbing layer 10 and the second electrode 50 is disposed on one surface of the second rubbing layer 20 to detect the flow of electrons. Can be arranged. A 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 rubbing layer 10 may be spaced apart from the second rubbing layer 20 by a predetermined distance. To this end, a bumper layer 30 may be disposed between the first and second friction layers 10, 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 voids 30s between the first and second friction layers 10 and 20. The space 30s may accommodate deformation of at least one of the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20. That is, when the first rubbing layer 10 is pressed by pressure and a deformation is generated protruding from the first rubbing layer 10 toward the second rubbing layer 20, the space 30s is protruded The first friction layer 10 can be received.
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 with a thickness of 0.5 mm to 1 mm. On the other hand, if the thickness of the bumper layer 30 is less than 0.5 mm, the output signal may be lowered. When the thickness of the bumper layer 30 is more than 1 mm, the time required for the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 to contact each other is increased, I can not.
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 rubbing layer 10. For example, the first electrode 40 may be disposed on the upper surface of the first rubbing layer 10. The second electrode 50 may be electrically connected to one surface of the second rubbing layer 20. For example, the second electrode 50 may be disposed on the lower surface of the second rubbing layer 20. According to one 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). Also, at least one of the first electrode 40 and the second electrode 50 may have flexibility. Especially, the electrode which deforms according to the touch can 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 electrically connected to the first electrode 40 in accordance with induction of a change in charging state of the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20, And 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. At this time, the voltage polarity of the first electrode 40 and the second electrode 50 at the time of the contact is determined by the voltage polarity of the first electrode 40 and the second electrode 50 Voltage polarity. For example, the voltage polarity of the first electrode 40 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 may be (-) and the voltage polarity of the second electrode 50 may be (+).
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, at the time of contact, the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 may generate (+) charge and (-) charge, respectively. The first electrode 40 is electrically connected to the first rubbing layer 10 and the second electrode 50 is electrically connected to the second rubbing layer 20, (-) charge due to being electrically connected to the gate electrode.
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.The first electrode 40 connected to the first rubbing layer 10 is charged in a polarity opposite to that of the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20, The second electrode 50 connected to the second friction layer 20 may be charged with a polarity opposite to that of the second friction layer 20. For example, when positive (+) charge is generated in the first rubbing layer 10, the first electrode 10 exhibits a negative voltage and negative charge is applied to the second rubbing layer 20 The second electrode 20 may exhibit a (+) voltage. Accordingly, the voltage polarity of the first electrode 40 and the second electrode 50 at the time of the contact and the voltage polarity of the first electrode 40 and the second electrode 50 at the time of the separation, 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, no voltage may be sensed at the first electrode 40 and the second electrode 50 while the contact between the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 is maintained. That is, between the time when the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 come into contact with the time when the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 are separated from each other, The electric potential generated at the time when the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 are contacted can be extinguished.
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 can be similar to the output signal of the action potential generated when a human touches an object. The output signal of the action potential occurs at a point of time when a human touches an object and at a point of time when the human touches the object. In this regard, as described above, the tactile sensor 100 also includes the first friction layer 10 and the second friction layer 20 in contact with the contact point between the first friction layer 10 and the second friction layer 20, 2 output signal is generated at the time when the friction layer 20 is separated. Accordingly, the tactile sensor 100 according to the embodiment of the present invention can be easily applied in a place where it is used as a device for interfacing with a living body such as a virtual augmented reality system, an athletic body, a prosthesis, a tactile display, a medical tool, .
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 on the first rubbing layer 10, and the lower substrate 70 may be disposed on the lower portion of the second rubbing layer 20. Referring to FIG. For example, the top substrate 60 may comprise an SU-8 material. For example, the lower substrate 70 may be made of PET (polyethylene terephthalate).
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 one 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 contacting the surface of the object with the sensing pattern. As the upper substrate 60 is deformed, the first electrode 40 and the first rubbing 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 due to being disposed at a predetermined distance from the bumper layer 30. Accordingly, the first rubbing layer 10 may be in contact with the second rubbing 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, according to the tactile sensor 100 according to the embodiment of the present invention, the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 contact each other according to the pressure applied to the upper substrate 60 by the object, And the contacted first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 can be separated as the pressure applied to the upper substrate 60 by the object becomes weak. At this time, at the time when the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 are contacted and when the first rubbing layer 10 and the second rubbing 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 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. The tactile sensor according to the embodiment of the present invention has been described above with reference to FIG. Hereinafter, a method of manufacturing a tactile sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서의 제조 방법을 설명하는 순서도이다. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a tactile sensor according to an 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, a method of manufacturing a tactile sensor according to the embodiment includes preparing a lower friction layer (S10), forming a bumper 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 electrodes formed on the lower surface of the lower substrate, and the lower substrate may be formed on the second friction layer 20, the second electrode 50, And the lower substrate 70, respectively. According to one embodiment, the electrode formed on the lower surface of the lower substrate may be formed by a method of 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 periphery of the outer portion of the lower friction layer. Accordingly, the lower friction layer may be divided into a portion that is not exposed to the outside and a portion that is exposed to the outside by the bumper layer. For example, the bumper layer may be formed on the lower friction layer in a '?' Shape. According to one embodiment, the bumper layer may be the same as the bumper layer 30 described with reference to Fig.
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 step S30, the upper friction layer may have a different electron affinity from 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 one 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.
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 the upper surface of the upper friction layer, and disposing the upper substrate on the upper surface of the electrode. According to one embodiment, the upper substrate and the electrode formed on the upper surface of the upper friction layer may be the same as the first electrode 30 and the upper substrate 60 described with reference to FIG. After 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 embodiment of the present invention has been described with reference to FIG. Hereinafter, an operation method of the tactile sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
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. FIG. 3 is a flowchart illustrating an operation method of a tactile sensor according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 4 to 6 are views illustrating a method of tacticing a tactile sensor according to an 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 includes a step of preparing a first rubbing layer 10 and a second rubbing layer 20 spaced apart from the first rubbing layer 10 by a predetermined distance (S100), a contact timing detection step (S200), and a separation timing detection step (S300). According to one embodiment, a method of operating the tactile sensor according to the above embodiment can be described by the tactile sensor 100 described with reference to FIG. In addition, the tactile sensor 100 may further include a voltmeter (not shown) for measuring a voltage. The voltmeter may be connected to the first electrode 40 and the second electrode 50. Hereinafter, each step will be 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, the first friction layer 10 and the second friction layer 20 are separated from each other by the space 30s provided by the bumper layer 30 at a predetermined distance And can be spaced apart. In the initial state, the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 can 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. Referring to FIGS. 3 and 5, in step S200, the object 200 may touch the upper substrate 60 of the tactile sensor 100. FIG. In this case, as the upper substrate 60 is deformed, the first rubbing layer 100 is changed to the second rubbing layer 20. According to the deformation, at the time when the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 come into contact with each other, a first charging state change can be induced. At this time, the contact voltage can 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. Specifically, 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 rubbing 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 due to being disposed at a predetermined distance from the bumper layer 30. Accordingly, the first rubbing layer 10 may be in contact with the second rubbing 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 rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 are in contact with each other, as the electron affinity of the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 are different from each other, Surface charge can be generated respectively. For example, positive charges may be generated in the first rubbing layer 10, and negative charges may be generated in the second rubbing layer 20. That is, the first charging state change induction may be the generation of surface charges according to different electron affinities of the first rubbing layer 10 and the second rubbing 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. At this time, 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 rubbing layer 10, a positive contact voltage such as the first rubbing layer 10 can be sensed. In addition, since the second electrode 50 is electrically connected to the second rubbing layer 20, a negative contact voltage such as the second rubbing layer 20 can 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 sensed while the contact between the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 is maintained. That is, the electric potential generated at the time when the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 are in contact with each other is the same as the dislocation during the contact between the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 .
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. 3 and 6, in step S300, a second charging state change may be induced when the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 which are in contact with each other are separated from each other . Accordingly, the dislodged potential is generated again while the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 are in contact with each other, and the separated voltage can be sensed according to the second charging state change.
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, The deformed shape can be restored to the shape before deformed. Accordingly, the first friction layer 10 and the second friction layer 20 which are in contact with each other can 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. The first electrode 40 and the second electrode 50 are separated from the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 when the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 are separated from each other, And the surface charge of the second rubbing layer 20, respectively. That is, when the first rubbing layer 10 has a positive surface charge, the first electrode 40 may be charged to have a negative charge. In addition, when the second rubbing layer 20 has a negative charge, the second electrode 50 may be charged to have positive charge. In other words, the second charging state change induction is caused by the surface charge of the first rubbing layer 20 and the second rubbing layer 20, and the surface roughness 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. At this time, the separated voltage may be sensed by the first electrode 40 and the second electrode 50. That is, the negative voltage may be sensed by the first electrode 40. Also, a positive 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, in the first electrode 40, the contact voltage exhibits a positive polarity, and the separated voltage may exhibit a negative polarity. In the second electrode 50, the contact voltage may exhibit a negative polarity, and the separated voltage may exhibit 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. The tactile sensor 100 according to the embodiment of the present invention includes the first rubbing layer 10, the second rubbing layer 20 having an electron affinity different from that of the first rubbing layer 10, A first friction layer and a second friction layer disposed between the friction layer and the second friction layer and between the first and second friction layers, Wherein the bumper layer (30) provides a space for accommodating deformation of at least one of the first and second friction layers (10, 20) At the time when the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer 20 are separated, a change in the charging state may be induced in at least one of the first rubbing layer 10 and the second rubbing layer . Thereby, a tactile sensor can be provided that generates an output signal similar to an output signal of an action potential generated by interaction with a human-contacted object.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서의 특성 평가 결과들이 설명된다. Hereinafter, characteristics 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. FIG. 7 is a graph comparing an output signal of a tactile sensor according to an embodiment of the present invention and human skin.
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. 7 (a), the object represents the distribution of pressure applied to the human skin or the tactile sensor according to the embodiment of the present invention. t 1 and t 3 denote the point of time when the pressure is applied, and t 2 and t 4 denote the point 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. 7 (b), the reaction represented by the FA (fast adaptation) receptor in the skin when the subject applies pressure to human skin as shown in the pressure distribution shown in FIG. 7 (a) is shown. As can be seen from FIG. 7 (b), it was confirmed that an output signal appears at a time point when the pressure is applied and 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. 7 (c), an output signal appearing in the tactile sensor when a subject applies pressure to the tactile sensor according to the embodiment of the present invention as shown in the pressure distribution shown in FIG. 7 (a) . As can be seen from FIG. 7 (c), the tactile sensor according to the embodiment can also confirm that the output signal appears at the time when the pressure is applied and when the pressure is removed. It was also confirmed that the voltage values at the time when the pressure was applied and the time when the pressure was removed exhibited different polarities.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서의 출력신호 특성을 나타내는 그래프이다. 8 is a graph showing output signal characteristics of a tactile sensor according to an 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 FIG. 8 (a), the tactile sensor according to the embodiment repeats the action of applying pressure by the object and removing the pressure, and shows the change of the voltage at this time. Referring to FIG. 8 (b), the portion A in FIG. 8 (a) is enlarged. As can be seen from FIGS. 8A and 8B, the tactile sensor according to the embodiment can confirm that the output signal appears at the time when the pressure is applied by the object and when the pressure is removed. It was also confirmed that the voltage values at the time when the pressure was applied and the time when the pressure was removed exhibited 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. As can be seen from FIGS. 7 and 8, the output signal of the tactile sensor according to the embodiment of the present invention is substantially identical to the output signal of the action potential when the FA receptor in the human skin contacts the object. .
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 촉각 센서가 포함하는 상부 기판의 특성을 나타내는 그래프이다. 9 is a graph showing characteristics of an upper substrate including a 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. Referring to FIG. 9, a texture signal according to the frequency region of the upper substrate having a period of 400 μm included in the tactile sensor according to the embodiment is measured at a speed of 47.2 mm / s. As can be seen from FIG. 9, it was confirmed that the upper substrate exhibited one peak at about 120 Hz. Alternatively, when the roughness of the upper substrate is varied, 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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will also be appreciated that many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.

Claims (13)

  1. 제1 마찰층; A first friction layer;
    상기 제1 마찰층과 전자 친화도가 다른 제2 마찰층; 및A second friction layer having an electron affinity different from that of the first friction layer; And
    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, A void disposed between the first and second friction layers and adapted to receive deformation of at least one of the first and second friction layers between the first and second friction layers, And a bumper layer provided on the bumper layer,
    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 유도되는, 촉각 센서.At the time when the first friction layer and the second friction layer come into contact with each other and at the time when the first friction layer and the second friction layer that are in contact are separated, at least one of the first friction layer and the second friction layer Wherein a change in charging state is induced in the layer.
  2. 제1 항에 있어서, The method according to claim 1,
    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. 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.
  3. 제2 항에 있어서,3. The method of claim 2,
    상기 대전 상태의 변화가 유도됨에 따라 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 전위가 형성되는 촉각 센서.And a potential is formed between the first electrode and the second electrode as a change in the charged state is induced.
  4. 제3 항에 있어서, The method of claim 3,
    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.Wherein the voltage polarity of the first electrode and the second electrode at the time of contact is different from the voltage polarity of the first electrode and the second electrode at the time of separation.
  5. 제1 항에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 범퍼층의 두께는, 0.5 mm 내지 1 mm 인 것을 포함하는 촉각 센서. Wherein the thickness of the bumper layer is 0.5 mm to 1 mm.
  6. 제1 항에 있어서,The method according to claim 1,
    라인 형태로 오목부와 볼록부를 갖는 센싱 패턴을 갖고, 상기 제1 마찰층 상부에 배치되는 상부 기판 및 상기 제2 마찰층 하부에 배치되는 하부 기판을 더 포함하는 촉각 센서. Further comprising an upper substrate having a sensing pattern having a concave portion and a convex portion in a line shape, the upper substrate disposed on the first friction layer, and the lower substrate disposed under the second friction layer.
  7. 제1 항에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 제1 마찰층 및 상기 제2 마찰층 중 적어도 한 층은 유연성을 가지는 촉각 센서.Wherein at least one of the first friction layer and the second friction layer has flexibility.
  8. 제1 항에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 제1 마찰층은 PET(polyethylene terephthalate)를 포함하고, 상기 제2 마찰층은 PTFE(polytetrafluoroethylene)를 포함하는 촉각 센서. Wherein the first friction layer comprises PET (polyethylene terephthalate) and the second friction layer comprises polytetrafluoroethylene (PTFE).
  9. 제1 마찰층 및 상기 제1 마찰층과 소정 거리 이격하는 제2 마찰층이 준비되는 단계;Preparing a first friction layer and a second friction layer spaced a predetermined distance from the first friction layer;
    상기 제1 및 제2 마찰층이 서로 접촉되는 시점에, 제1 대전 상태 변화가 유도되는 접촉 시점 감지 단계; 및A contact point sensing step in which a first charge state change is induced at a time point when the first and second friction layers contact with each other; And
    상기 서로 접촉된 제1 및 제2 마찰층이 분리되는 시점에, 제2 대전 상태 변화가 유도되는 분리 시점 감지 단계;를 포함하는 촉각 센서의 동작 방법.And a separation time detection step in which a second charging state change is induced when the first and second friction layers are separated from each other.
  10. 제9 항에 있어서, 10. The method of claim 9,
    상기 접촉 시점 감지 단계에서,In the contact point detection step,
    상기 제1 대전 상태 변화에 따라 접촉 전압이 감지되고The contact voltage is sensed according to the first charge state change
    상기 분리 시점 감지 단계에서,In the separation time detection step,
    상기 제2 대전 상태 변화에 따라 분리 전압이 감지되는 촉각 센서의 동작 방법.And the separated voltage is sensed according to the second charging state change.
  11. 제10 항에 있어서, 11. The method of claim 10,
    상기 접촉 시점 감지 단계에서,In the contact point detection step,
    상기 제1 및 제2 마찰층의 접촉이 유지되는 동안에는 상기 접촉 전압이 감지되지 아니하는 촉각 센서의 동작 방법.Wherein the contact voltage is not sensed while the contact of the first and second friction layers is maintained.
  12. 제10 항에 있어서,11. The method of claim 10,
    상기 접촉 전압과 상기 분리 전압은 서로 다른 극성인, 촉각 센서의 동작 방법.Wherein the contact voltage and the separation voltage are of different polarities.
  13. 하부 마찰층을 준비하는 단계;Preparing a lower friction layer;
    상기 하부 마찰층의 두께 방향 상부를 개구하는 범퍼층을 형성하는 단계; 및Forming a bumper layer opening an upper portion in the thickness direction of the lower friction layer; And
    상기 범퍼층 상부에 상기 개구를 덮도록 형성되되, 상기 하부 마찰층과 서로 다른 전자 친화도를 가지는 상부 마찰층을 형성하는 단계를 포함하는 촉각 센서의 제조 방법.And forming an upper friction layer having a different electron affinity from the lower friction layer, the upper friction layer being formed on the bumper layer to cover the opening.
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