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연구개요
본 연구과제는 직접 인쇄를 이용하여 새로운 방식의 지능형 전자 피부를 구현하는 기술 개발을 목표로 함. 피부 위에 직접 투명 유연 박막, 전극, 생체 신호 감지를 위한 센서, 햅틱 피드백 구동 등을 위한 요소들을 모두 직접 인쇄할 수 있는 원천기술을 확보하고자 하며, 이와 관련한 다음의 세부 기술 개발을 목표로 함.
1) 다양한 재료와 형태, 특히 매우 얇고, 투명하며, 다양한 미세 기능성 패턴을 갖는 유연 박막의 인쇄 기술 개발
2) 나노입자 프린팅을 이용해 압력, 변형률, 온도 등의 생체 신호 측정을 위

연구개요
본 연구과제는 직접 인쇄를 이용하여 새로운 방식의 지능형 전자 피부를 구현하는 기술 개발을 목표로 함. 피부 위에 직접 투명 유연 박막, 전극, 생체 신호 감지를 위한 센서, 햅틱 피드백 구동 등을 위한 요소들을 모두 직접 인쇄할 수 있는 원천기술을 확보하고자 하며, 이와 관련한 다음의 세부 기술 개발을 목표로 함.
1) 다양한 재료와 형태, 특히 매우 얇고, 투명하며, 다양한 미세 기능성 패턴을 갖는 유연 박막의 인쇄 기술 개발
2) 나노입자 프린팅을 이용해 압력, 변형률, 온도 등의 생체 신호 측정을 위한 고감도 센서의 인쇄. 센서 메커니즘 제시 및 검증
3) 인체에 햅틱 피드백이 가능하도록 직접 인쇄된 구동기 디자인 및 제어

연구 목표대비 연구결과
- 마이크로 유연 섬유를 정밀하게 배열하여 독특한 원통형 구조를 갖는 대면적 유연 박막을 직접 인쇄할 수 있는 기술 구현/통합 시스템 구축 및 공정 최적화를 통해 다양한 기판에 반복성 있게 인쇄 가능한 기술 구현
- 전도성 나노입자를 공기역학적으로 집속, 고분해능 전도성 패턴을 다양한 기판에 제작할 수 있는 인쇄 기술을 구현하고 고감도 변형률 센서 제작에 성공
- 나노입자 센서에 기계적인 크랙을 추가하여 초고감도 센서 시제품을 제작하였으며, 이를 이용한 음향 센서를 구현하는 데 성공
- 전도성 나노입자/나노와이어 복합재를 나노입자프린터에 적용, 기존에 인쇄가 힘들었던 PDMS와 같이 부드럽고 늘어날 수 있는 소재에도 인쇄 가능한 기술 구현/이를 이용하여 늘어날 수 있는(Stretchable) 변형률 센서 제작 기술 구현
- 나노입자/나노와이어 복합재를 늘어날 수 있는 기판에 인쇄하여 RFID 기반 변형률 센서 구현에 성공
- 유연 박막의 원통형 표면 구조를 이용한 압력 센서 제작 기술 구현
- 업력/변형률/음향 센서의 센싱 메커니즘 제시 및 이론적/실험적으로 검증
- 압력/변형률 센서의 감도, 동특성, 측정 범위, 반복성, 수명 등을 실험을 통해 정량적으로 분석하고 제시한 이론의 타당성을 검증
- 형상기억합금 와이어를 기판(PET 및 PI 필름)에 적층, 구동기 샘플을 제작하고 성능을 평가
- 와이어 구동기를 직접 인쇄할 수 있는 롤러/다축이송시스템/에폭시 피더를 통합한 인쇄 시스템 구축
- 탄소섬유/에폭시 복합재 이용한 직접 인쇄 및 인쇄물의 기계적 물성 측정/평가
- 당초 목표로 하였던 인체에 햅틱 피드백이 가능한 시제품 구현 결과는 다소 미흡
(후속 연구를 통하여 보완 예정)
- 유연 박막을 이용한 압력 센서 기반 터치센서 시제품을 제작, 스마트폰과 연동하여 사용할 수 있는 터치 센서 구현

연구개발결과의 중요성
- 본 연구과제를 통해 개발한 적층제조 기술은 저비용이며 간단한 공정변수 제어를 통해 다양한 패턴 분해능, 크기, 형상, 미세구조 등의 구현이 가능함. 따라서 상대적으로 쉽게 튜닝이 가능한 센서 및 구동기의 제작에 활용이 가능함.
- 감도 튜닝이 가능한 고감도 변형률/압력/음향 센서 제작 기술은 웨어러블 기기, 사물인터넷, 구조물의 구조건전성 모니터링 등에 활용될 수 있으며, 관련 산업에 응용 분야와 파급 효과가 매우 큼
- 본 연구과제 수행의 중요한 결과인 미세 구조의 접촉 역학 원리와 이를 이용한 압력 센서, 그리고 나노입자로 이루어진 패턴의 미세구조/기계적 크랙에 기반한 변형률 측정 메커니즘은 향후 유사한 고감도 센서의 설계와 거동 분석에 있어 기초 연구자료로 중요하게 활용될 수 있음

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 최종 연구목표 ... 4
• 나. 연차별 연구목표 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 1) 마이크로미터 유연 섬유의 정밀 인쇄/배열 기술 및 이를 이용한 대면적 유연 박막 인쇄 기술 구현 ... 5
• 2) 유연 박막 인쇄와 관련된 하드웨어 및 소프트웨어 구축 ... 6
• 3) 유연 박막 인쇄 공정변수 최적화 ... 6
• 4) 전도성 나노입자의 정밀 인쇄 기술 구현 및 공정 변수 최적화 ... 7
• 5) 유연 박막과 전도성 입자 인쇄 기술을 이용한 압력 및 변형률 센서 ... 8
• 6) 압력 및 변형률 센서의 측정 메커니즘 규명 ... 9
• 7) 압력 및 변형률 센서의 감도, 동특성 및 수명 등의 성능 평가 ... 10
• 8) 형상기억합금 와이어를 이용한 햅틱 구동기 인쇄 기술 구현 ... 11
• 9) 센서 및 구동기의 시제품 제작 및 평가 ... 12
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 13
• 4. 참고문헌 ... 14
• 5. 연구성과 ... 15
• 대표적 연구실적 ... 17
• 끝페이지 ... 33