Carbon black-polydimethylsiloxane 복합체를 이용한 피라미드 구조의 유연 압력 센서 제작 및 특성 연구

Abstract

다양한 능력을 가진 인간 피부의 촉감 감지 능력을 모사하기 위해 다양한 센서에 대한 연구가 활발하다. 그 중 유연 압력 센서는 wearable devices, soft robotics, electronic skin과 같은 다양한 응용 분야에서 중요한 역할을 한다. 저렴한 가격과 가공이 용이한 carbon black과 높은 탄성을 가지고 물리적, 화학적으로 안전하며, 제조가 용이한 polydimethylsiloxane (PDMS)를 이용하여 carbon black-PDMS composite으로 유연 압력 센서를 제작하였다. 민감도를 높이기 위해 micro-pyramid 구조를 이용하여 압력 센서를 제작하였고, 재 생산성을 높이기 위해 mold를 사용하였다. 유연 압력 센서의 구동 범위, 민감도, 재현성, 반응 시간, 복원 시간, resolution 등의 특성을 관찰하였다. 제작된 센서는 0.1 kPa부터 100 kPa까지의 구동 범위를 가졌으며, 전 영역에서 약 3 kPa-1의 민감도를 보였다. 40 kPa의 수직 압력에 1500회의 loading-unloading cycle에서 일관성을 보였으며, 240 ms의 반응 시간와 350 ms의 복원 시간을 보였다. 3×3 array에서 간단한 패턴 인식에 대한 응용을 하였고, neural network를 이용하여 물체의 hardness 인지에 대한 응용을 진행했다.