폴리이미드기판에 압력 증폭 구조를 가진 유연한 그래핀 촉각 센서 제작 연구

Abstract

기술 발달에 따라 인간 신체를 모방한 센서에 관심이 증가되고 있다. 이러한 기술의 기본은 인간이 가지고 있는 외부 사물을 인식할 수 있는 다양한 감각들을 구현하여야 한다. 인간의 감각은 크게 다섯 가지(시각, 청각, 후각, 미각, 촉각)로 나눌 수 있는데 이중 촉각은 최근 터치스크린으로 상용화는 물론 많은 연구기관에서 연구진행중이다. 현재 압 저항 및 정전용량 등 방식에 대한 연구와 실리콘 기판기반, 폴리머계열, nanomaterial 등 사용 물질을 달리하는 연구가 진행 되고 있다. 하지만 기존의 촉각센서는 대부분 단순 압력 및 압력 분포만을 감지하는 압력센서들이었다. 일부 접촉물의 표면 상태 감지가 가능한 압력 센서 연구와 광센서를 통한 표면 거칠기 분석 연구가 있었으나 인간이 느끼는 다양한 촉각을 모두 감지하지 못하였고 촉감이라고 말할 수 있는 texture신호를 인식하지는 못하였기 때문에 진정한 인간의 촉각을 구현했다 보기 어려웠다. 본 논문에서는 graphene과 폴리머 계열 (PET,PDMS,PI) 을 이용하여 다양한 방법으로 센서제작하기 위한 과정과 결과를 소개한다. 센서를 제작하는데 있어 표면 감지 능력과 높은 sensitivity를 갖추는데 중점을 두었다. 이 센서는 크게 상부와 하부구조로 나눠 볼 수 있다. 먼저 상부구조는 인간의 부드러운 피부와 지문구조를 모방하기 위하여 PET로 만든 지문구조와 센서가 압력에 의해 동작하는 구조를 갖는다. 지문구조는 SU-8 2075(negative photo resist)를 이용하여 100μm간격으로 제작되었다. 동작부분은 압력을 sensing할 수 있도록 polyimide (PI)를 이용한 Pressure Amplifying Structure구조위에 graphene이 transfer된 구조를 갖는다. 하부구조에는 압력을 증폭할 수 있도록 PAS구조를 갖는다. 이처럼 센서는 flexible하고 투명하며 미세공정이 가능한 물질을 사용하였고 texture신호를 인식할 수 있도록 디자인하였다.