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셀룰로오스 아세테이트 기반의 햅틱 액추에이터
A New Haptic Actuator based on Cellulose Acetate 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.28 no.11, 2011년, pp.1259 - 1264  

김상연 (한국기술교육대학교 컴퓨터공학과) ,  김동구 (인하대학교 기계공학과) ,  윤성률 ,  경기욱 (한국전자통신연구원 차세대 컴퓨팅 연구부) ,  김재환 (인하대학교 기계공학과)

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This paper suggests a new film-type haptic actuator based on cellulose acetate electro-active paper. Conventional tiny haptic actuators in mobile devices can create vibrotactile sensation at only near resonant frequency. The strategy of operating near the resonant frequency, however, brought a new i...

주제어

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문제 정의

  • 그러나 현재 사용되고 있는 셀룰로오스 EAPap 의 경우 정질과 비정질의 특성을 모두 가지고 있으나 정질의 특성은 잔류 분극으로 인해 액추에이터의 반응 속도를 감소시키게 된다. 그러므로 본 연구에서는 얇은 액추에이터로 넓은 동작 주파수를 가진 햅틱 감각을 생성하기 위해 다공성 재료로 내부에 전하를 저장 할 수 있으며 정전현상을 통한 기계적 변형을 일으키는 비 정질 특성을 갖는 셀룰로오스 아세테이트를 이용하여 햅틱 액추에이터를 개발한다.
  • 본 실험에서는 액추에이터에서 발생하는 진동모드를 확인하기 위해서 양쪽의 지지대와 공기층 위에서 발생하는 변위를 측정하였다. 전압에 따른 작동성능을 평가하기 위하여 200V 부터 1000V 까지 100V 씩 전압을 증가시키며 발생변위를 측정하였고, 사람의 피부에 있는 기계적 수용기(mechanoreceptor)들을 모두 선택적으로 자극하여 다양한 햅틱 감각을 생성할 수 있는 지를 파악하기 위해 1Hz 부터 250Hz 까지 주파수를 증가시키며 액추에이터의 거동을 측정하였다.
  • 본 연구는 휴대용 기기에서 사용자들의 기계적 수용기들을 선택적으로 자극하기에 충분한 변위와 주파수를 생성하는 초박형 햅틱 액추에이터를 제안하였다. 초박형 햅틱 액추에이터를 개발하기 위해 다공성 해면 구조를 가지고 있어 외부 전기장이 가해지면 내부의 빈 공간에 극성이 존재하게 되어 척력 또는 인력이 발생할 뿐 아니라 비 정질 특성만을 가지고 있어 반응속도가 빠른 셀룰로오스 아세테이트를 이용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
근 감각이란 무엇인가? 사람의 햅틱감각은 크게 관절, 근육, 인대 등에 있는 수용기를 통해서 느껴지는 근 감각(역감, kinesthetic sense)과 피부 내에 있는 수용기(Receptor)를 통해서 받아들여지는 피부감각(재질감, tactile sense)으로 나뉘어진다. 근 감각은 물체의 딱딱하고 말랑말랑한 정도를 파악하는 수용기가 받아들이는 정보이며 피부감각은 물체 표면의 거칠기를 파악하는 수용기로부터 받아들인다. 이와 같은 근 감각과 피부감각은 기기를 조작하거나 가상의 물체와 인터랙션 할 때 시각정보와 함께 사용자에게 전달되어 사용자의 몰입감을 높여준다.
휴대용 기기에서 사람의 햅틱감각이 몰입감 및 조작감을 증대시키는데 중요한 요소가 되는 이유는 무엇인가? 이와 같은 근 감각과 피부감각은 기기를 조작하거나 가상의 물체와 인터랙션 할 때 시각정보와 함께 사용자에게 전달되어 사용자의 몰입감을 높여준다. 특히 휴대용 기기의 경우에는 시각 디스플레이 부(Visual Display Unit)의 크기를 사용자가 몰입감을 느낄 만큼 충분히 증가시키는 것이 힘들기 때문에 햅틱 감각은 몰입감 및 조작감을 증대시키는데 중요한 요소가 된다. 그러므로 사용자에게 촉감을 전달하기 위한 햅틱 기술들이 휴대용기기에 적용되고 있다.
사람의 햅틱감각은 어떻게 나뉘는가? 사람의 햅틱감각은 크게 관절, 근육, 인대 등에 있는 수용기를 통해서 느껴지는 근 감각(역감, kinesthetic sense)과 피부 내에 있는 수용기(Receptor)를 통해서 받아들여지는 피부감각(재질감, tactile sense)으로 나뉘어진다. 근 감각은 물체의 딱딱하고 말랑말랑한 정도를 파악하는 수용기가 받아들이는 정보이며 피부감각은 물체 표면의 거칠기를 파악하는 수용기로부터 받아들인다.
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참고문헌 (10)

  1. Kweon, S. D., Park, I. O., Son, Y. H., Choi, J. and Oh, H. Y., "Linear vibration motor using resonance frequency," US Patent, No. 7,358,633 B2, Assignee Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd., 2008. 

  2. Wagner, C. R., Lederman, S. J. and Howe, R. D., "Design and Performance of a Tactile Shape Display Using RC Servomotors," The Electronic Journal of Haptics Research, Haptics-e, Vol. 3, No. 4, pp. 1-6, 2004. 

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  5. Velazquez, R., Pissaloux, E., Hafez, M. and Szewczyk, J., "A Low-Cost Highly-Portable Tactile Display Based on Shape Memory Alloy Micro- Actuators," IEEE International Conf. on Virtual Environments, Human-Computer Interfaces and Measurement Systems, pp. 121-126, 2005. 

  6. Ernst, M. O. and Banks, M. S., "Humans integrate visual and haptic information in a statistically optimal fashion," Nature, Vol. 415, No. 6870, pp. 429-433, 2005. 

  7. Wood, R. J., Steltz, E. and Fearing, R. S., "Optimal energy density piezoelectric bending actuators," Sensors and Actuators A, Vol. 119, No. 2, pp. 476- 488, 2005. 

  8. Kim, D. H., Kim, B. and Kang, H., "Development of a piezoelectric polymer based-sensorized microgripper for microassembly and micromanipulation," Microsystem Technology, Vol. 10, No. 4, pp. 275-280, 2004. 

  9. Bune, A. V., Zhu, C., Bucharme, S., Blinov, L. M., Fridkin, V. M., Palto, S. P., Petukhova, N. G. and Yudin, S. G., "Piezoelectric and pyroelectric properties of ferroeletric Langmuir-Blodgett polymer films," J. Appl. Phys., Vol. 85, No. 11, pp. 7869-7873, 1999. 

  10. Ambrosy, A. and Holdik, K., "Piezoelectric PVDF films as ultrasonic transducer," J. Phys. E: Sci. Intrum., Vol. 17, No. 10, pp. 856-859, 1984. 

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