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인간의 오감 모방은 과거부터 인간들에게 있어 가장 흥미로운 연구이다. 시각을 모방하기 위한 텔레비전과 카메라, 청각을 모방하기 위한 오디오와 마이크로폰, 후각 모방을 위한 가스 센서 등 현재 여러 모방을 통한 상품들이 일상생활에 사용되고 있다. 그러나 촉각 모방에 관한 연구 중 해결해야 하는 과제들이 많습니다. 현재, 인간의 촉각을 모방하기 위해 다양한 유형의 감지 방식을 갖춘 인공 촉각 센서가 많은 연구자에 의해 개발되고 있다. 촉각센서의 다양한 기술들은 로봇 보철물, 인간/기계 ...

인간의 오감 모방은 과거부터 인간들에게 있어 가장 흥미로운 연구이다. 시각을 모방하기 위한 텔레비전과 카메라, 청각을 모방하기 위한 오디오와 마이크로폰, 후각 모방을 위한 가스 센서 등 현재 여러 모방을 통한 상품들이 일상생활에 사용되고 있다. 그러나 촉각 모방에 관한 연구 중 해결해야 하는 과제들이 많습니다. 현재, 인간의 촉각을 모방하기 위해 다양한 유형의 감지 방식을 갖춘 인공 촉각 센서가 많은 연구자에 의해 개발되고 있다. 촉각센서의 다양한 기술들은 로봇 보철물, 인간/기계 인터페이스, 바이오 메디컬 센서에 활용하기 위해 여러 방법을 연구 중이다. 특히 온도와 압력은 인간의 촉각에 있어 가장 중요한 요소 중의 하나이며, 피부 상태에 대한 유용한 정보를 제공한다. 또한, 이 두 가지 감각은 인간 피부의 기본 모방 변수로서 이를 조합하여 활용하면 통증, 진동, 경도 등의 고급 감각에 적용할 수 있으며, 다른 물체들과 효과적으로 교감할 수 있다. 촉각 모방을 실현하는 과정에서 최근 재료, 센서의 설계, 작동 메커니즘들을 고려하여 많은 유형의 방법이 연구되어 왔다. 또한, 시스템에 2 가지 이상의 센서를 통합하여 다양한 외부 자극을 감지할 수 있으며, 이상적인 인간의 느낌을 구현할 수 있다. 압력, 온도, 습도, 변형 등 여러 감각을 한 시스템에 효과적으로 집적하여 다중 감지를 실현하고 있다. 우선 많은 수의 센서를 사용해 다양한 외부 자극을 측정하려면 우선 구조적으로 복잡성을 고려해야 합니다. 다중감지 구조로 인해 센서를 집적하게 되면 센서의 수가 많아지게되고, 그로 인해서 수신해야 하는 신호도 증가하게 된다. 또한, 복잡한 구조를 구현하기 위해 소자 공정 과정에 있어 막대한 비용이 요구된다. 뿐만 아니라 외부 자극 때문에 원하지 않는 변수들을 감지하게 되는 디커플링 효과가 발생한다. 이 논문에서는 다중 감지 구조를 단순화하여 온도와 터치를 감지할 수 있는 하이브리드 인공 촉각 센서를 제안한다. 단일 저항식 온도센서를 통해 구조를 간단화 시키고 25 개의 압전소자 활용을 통해 에너지 효율을 극대화했다. 이는 온도 센서보다 면적이 좁은 영역도 열이 인가되면 감지할 수 있으며, 새로운 공식과 메커니즘을 활용해 단순화된 센서의 장점을 활용한다. 인간 피부의 핵심 수용체인 기계수용체와 열수용체를 온도 센서와 압력 센서로 구현해 사람의 촉각 수용체들을 모방하는 데에 의미가 있다. 또한, 인간 피부 모방을 위한 다중 감지 시스템을 복잡성을 완화할 해결책을 제시하는 데에 의미가 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Artificial tactile sensors with various types of sensing mechanism have been developed in order to mimic the human’s tactile sensations in nowadays. Among many input parameters which provide useful information about skin state, especially, sensations of temperature and pressure are the most importan...

Artificial tactile sensors with various types of sensing mechanism have been developed in order to mimic the human’s tactile sensations in nowadays. Among many input parameters which provide useful information about skin state, especially, sensations of temperature and pressure are the most important tactile factors, because these can be used to generate advanced tactile sensation such as pain, vibration, hardness. Therefore, these two senses are the important mimic points of artificial skin technology, for realization of an artificial tactile system. we should consider mechanisms to detect these two parameters, temperature and pressure, and a systematic integration. To measure these external stimuli, data acquisition with connecting wire between the sensor and the signal processor are required. However, when integrating numerous amount of various unit sensors, the same number of wires as elements are required. As a result, numerous wire connections cause the limitation of designing sensors with complexity of the sensor structure.
In this paper, the design of temperature sensor was simplified utilizing a single resistor placed on top layer of the hybrid sensor system and the method was studied to enhance sensitivity of thermal detection the same as one of the multi-thermal sensor array design. To measure exact the temperature value of object, which is smaller than the size of sensor, the signal processes was developed by capturing maximum slope of the resistance variation on a single resistive sensor and utilizing the area information which is acquired from micro sized pressure sensor arrays positioned under the temperature sensor. Slope provides information related to total thermal energy and a more precise temperature value was calculated utilizing an area information on pressure sensor arrays. As a result, the hybrid tactile sensor detected successfully the temperature levels from various dimensional contact stimuli with under 300msec response time as well as different pressure levels and the shape of objects.

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