[논문]촉감 감성 해석을 위한 미끄럼 마찰 시험과 신호 분석

박진확; 박세민; 이영제

doi:10.9725/kstle-2013.29.3.167

촉감 감성 해석을 위한 미끄럼 마찰 시험과 신호 분석
Analysis of Friction Signals Based on Sliding Tests with Finger for Tactile Sensibility 원문보기

윤활학회지 = Journal of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers, v.29 no.3, 2013년, pp.167 - 170

박진확 (성균관대학교 기계공학과) , 박세민 (성균관대학교 기계공학과) , (성균관대학교 기계공학과) , 이영제 (성균관대학교 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The friction behavior of human skin is determined by the complex interplay of the material and surface properties of the skin, as well as the contacting material, and strongly depends on the contact parameters (e.g., pressure and sliding velocity) and the presence of substances such as water, sweat, or skin surface lipids at the interface. Including a study on the effect of a surface's physical roughness for skin sliding over the surface, various studies have been conducted to understand human tactile sensibility. However, to investigate products in relation to human tactile sensibility, more objective research is needed. This study performed sliding experiments between the skin and the surfaces of phone cases to understand how the texture, friction, and stick-slip characteristics are related. Eight phone case surfaces with different topologies and chemical (or mechanical) compatibilities with skin were prepared and tested multiple times.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

그래서 본 연구에서는 촉감 객관화를 구현하기 위해서 휴대폰 케이스를 손가락으로 반복하여 슬라이딩 하는 실험을 진행하였고, 그 실험으로 두 대상 사이의 그에 따른 마찰신호를 분석하였다.
촉감이 비록 감성적 차원의 언어이긴 하지만, 이를 공학에 적용하고 수치적으로 표현하여 새로운 기술이나 제품을 개발하기 위해서는 촉감의 객관화가 반드시 필요한 상황이다[5].이러한 촉감을 객관화 하기 위해서는 손가락 피부가 물체의 표면과 접촉하였을 시 압력, 온도, 소재의 질감 등을 수치화시켜 정적, 동적 마찰 모델을 적립하고 마찰 거동에 영향을 주는 압력, 온도 및 표면 형상을 인식한 후, 표준화된 표면 형상을 재현하기 위한 표면 모델을 구상하는 것이 본 연구의 최종 목표이다.

제안 방법

Device에 설치된 Loadcell 에서 입력된 신호를 컴퓨터로 읽어들이기 위해, DAQ장비를 실험장비와 컴퓨터에 연결 시켰고, 이 신호값은 LABVIEW 프로그램(Fig. 2)을 통하여 수치를 확인하였다. (Sampling Rate: 3 KHz).
6)와 같이 Stick-slip이 발생하였다. 실시한 모든 슬라이딩 테스트의 수직하중은 0.4N으로 고정하였고, 표면 거칠기와 Stick-slip의 관계를 분석하기 위하여, 매끄러운 고무재질의 휴대폰케이스인 Sample 4와 오돌토돌한 가죽재질의 휴대폰케이스인 Sample 1, 마지막으로 두 재질의 평균 촉감을 가진 나무 재질의 휴대폰케이스인 Sample 5의 마찰계수 그래프를 비교해보았다.
현재까지는 사람 피부의 마찰계수를 측정하기 위해서 사람의 피부와 가장 흡사한 재료라고 알려진 폴리우레탄(polyurethan)을 이용하였지만, 보다 더욱 정확한 피부 마찰데이터를 확보하기 위해서 사람의 피부를 직접 이용하였다.
혹시 Stick-slip을 나타내는 그래프가 아니라 휴대폰케이스 자체의 표면 거칠기에 따른 그래프인지 확인해 보기 위하여 3초 동안의 마찰계수 그래프와 0.2초 동안의 마찰계수 그래프를 비교해보았다(Fig. 7). 그 결과 3초 동안의 마찰계수 그래프는 비교적 Mild한 곡선형태의 모습을 나타내는 반면, 0.

대상 데이터

본 실험에서 사용한 휴대폰케이스 시편은 Fig. 1과 같다. 아래 사진에서 왼쪽 위부터 시계방향으로 케이스 번호를 지정하였다.
총 8종류의 다른 재질, 다른 거칠기를 가진 휴대폰케이스로 실험을 진행하였다. 실험에 사용된 휴대폰케이스들은 알루미늄, 고무, 나무, 왕골 등으로 만들어져 있고, 각기 휴대폰 케이스의 거칠기와 형상은 다르다.
실험을 한 사람은 27살 남성이며, 실험방법은 간단하다. Device 상단부에 위치한 Jig에 휴대폰 케이스를 올려서 고정시킨 후, 손가락으로 원하는 Normal Force만큼 누른다.
총 8종류의 다른 재질, 다른 거칠기를 가진 휴대폰케이스로 실험을 진행하였다. 실험에 사용된 휴대폰케이스들은 알루미늄, 고무, 나무, 왕골 등으로 만들어져 있고, 각기 휴대폰 케이스의 거칠기와 형상은 다르다.

성능/효과

Fig. 5에서 확인할 수 있듯이 휴대폰 케이스에 수직 하중을 가하며 슬라이딩 테스트를 진행하였을 때, 수직하중을 강하게 가할수록 마찰계수가 높아짐을 확인하였고, 손가락으로 가하는 수직 하중 외에도 손가락과 상대재와의 접촉면적, 접촉각, 손가락의 수분 정도, 접촉 속도 등 수많은 변수에 따라 마찰계수의 증가율이 일정하지 않다는 것을 예상할 수 있었다.
7). 그 결과 3초 동안의 마찰계수 그래프는 비교적 Mild한 곡선형태의 모습을 나타내는 반면, 0.2초동안의 마찰계수 그래프는 상당히 Severe한 모습을 띄는 것을 확인 할 수 있었다. 따라서 휴대폰케이스의 표면형상과는 관계없이 Stick-slip이 발생했다는 점을 알 수 있었다.
그리고 매끄러운 휴대폰 케이스 (Table 3. Sample 3,4)를 문질렀을 때보다 울퉁불퉁한 휴대폰 케이스(Table 3. Sample 7)를 문질렀을 때 평균 마찰계수가 더 컸음을 알 수 있었다.
또한 손가락으로 슬라이딩 테스트를 하였을 때, 매끄러운 휴대폰 케이스(Sample 3 ; Aluminum, Sample 4; Rubber)를 문질렀을 때 보다 울퉁불퉁한 휴대폰 케이스(Sample 7;Rush)를 문질렀을 때 평균 마찰계수가 더 큰 것을 확인할 수 있었다.
5)와 Table 1을 확인하였을 때, 하중을 단계적으로 강하게 가할수록 마찰계수가 증가한다는 것을 알 수 있다. 물론 슬라이딩 테스트를 진행할 때, 손가락 습도, 유분, 손가락과 휴대폰케이스 사이의 접촉각도 등 수많은 변수들이 있기 때문에 마찰계수의 증가율이 일정하지 않다는 것을 알 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	촉감을 객관화 하기 위해서 수치화 해야 할 인자는 무엇인가?	촉감이 비록 감성적 차원의 언어이긴 하지만, 이를 공학에 적용하고 수치적으로 표현하여 새로운 기술이나 제품을 개발하기 위해서는 촉감의 객관화가 반드시 필요한 상황이다[5].이러한 촉감을 객관화 하기 위해서는 손가락 피부가 물체의 표면과 접촉하였을 시 압력, 온도, 소재의 질감 등을 수치화시켜 정적, 동적 마찰 모델을 적립하고 마찰 거동에 영향을 주는 압력, 온도 및 표면 형상을 인식한 후, 표준화된 표면 형상을 재현하기 위한 표면 모델을 구상하는 것이 본 연구의 최종 목표이다.
	현재까지 사람 피부의 마찰계수를 측정하기 위해서 사용된 재료는 무엇인가?	현재까지는 사람 피부의 마찰계수를 측정하기 위해서 사람의 피부와 가장 흡사한 재료라고 알려진 폴리우레탄(polyurethan)을 이용하였지만, 보다 더욱 정확한 피부 마찰데이터를 확보하기 위해서 사람의 피부를 직접 이용하였다.
	햅틱스 기술이 첨단 고부가 가치로서 중요성이 증가하고 있다는 증거는 무엇인가?	최근 세계적으로 권위있는 경제전문지 포브스 (forbes)에서도 미래의 생활패턴을 바꿀 수 있는 10대기술[3]로 선정하여 각종 모바일 기기, 지능로봇분야, 의료분야, 게임시장, e-교육 등 여러 분야에서 상업화 전망이 매우 밝은 첨단 고부가 가치 기술로써 그 중요성이 증대되고 있다.

참고문헌 (5)

Je Ha Ryu, "Application and the Important Features of Haptic Technology," 47-2 p.44-49, 2007.
Ki-Uk Kyung and Jun-Suk Park, "Research and Perspectives Haptics Technology Development Trend," 21-5, 2006.
Forbes, 10 Things That will Change The Way We Live www.forbes.com/2006/02/16/cx_cd_0217featslide _print.html.
M.A.Masen, A system based experimental approach to tactile friction, SciVerse ScienceDirect, 1620-1626, 2011.
S.Derler, Friction of human skin against smooth and rough glass as a function of the contact pressure, Tribology International 42, 1565-1574, 2009.

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