초록 ▼

□연구개요
○ 대변위, 고감도 박막 변위 센서의 필요성
최근 의학, 스포츠, 엔터테인먼트 등 분야에서 웨어러블 시스템이 큰 관심을 받음에 따라 몸의 움직임을 측정할 수 있는 박막형 스트레인 센서가 큰 관심을 받고 있다. 인체의 움직임을 측정하기 위해서는 다양한 스케일(관절 부위 최대 55%, 맥박의 ~1%)의 변위를 고감도로 측정해야한다. 최근 CNT, graphene, conductive ink, nanoparticle 등 다양한 첨단 재료를 이용해 대변위에서 측정 가능한 스트레인 센서가 개발되고 있다. 하지만 대부분의

□연구개요
○ 대변위, 고감도 박막 변위 센서의 필요성
최근 의학, 스포츠, 엔터테인먼트 등 분야에서 웨어러블 시스템이 큰 관심을 받음에 따라 몸의 움직임을 측정할 수 있는 박막형 스트레인 센서가 큰 관심을 받고 있다. 인체의 움직임을 측정하기 위해서는 다양한 스케일(관절 부위 최대 55%, 맥박의 ~1%)의 변위를 고감도로 측정해야한다. 최근 CNT, graphene, conductive ink, nanoparticle 등 다양한 첨단 재료를 이용해 대변위에서 측정 가능한 스트레인 센서가 개발되고 있다. 하지만 대부분의 대변위 센서들은 민감도가 낮아 잡음비가 높으며 정밀 측정이 어렵다. 최근 Nature 지에 발표된 연구에 의하면 기존의 거미의 감각기관을 모사한 크랙 센서는 기존대비 1,000배 이상의 감도(gauge factor ~ 2000)를 가지는 센서 제작이 가능함이 보고되었다. 하지만 높은 감도에도 불구하고 최대 변위 2%로 진동과 같은 극소 변위 측정만 가능해 인체 관절 부위 모션 캡처에 적용 불가능했다. 본 연구에서는 거미의 감각기관을 모사해, 인체의 모든 움직임을 측정할 수 있도록 피부의 최대 변형률 55%보다 큰 최대 변위 이상(> 100%)을 측정할 수 있는 고밀도 나노크랙 구조 변위 센서를 개발하고 이를 기반으로 이상 운동 질환 진단용 스마트 글러브를 제작하였다.

□연구 목표대비 연구결과
○ 연구 목표
⦁ 고밀도 나노 크랙 구조를 이용해 미소변위(<1%) 뿐 아니라 대변위(>100%)에서 계측 가능한 고감도(Gauge factor : > 20)의 박막 센서 개발
⦁ 정밀 패터닝 및 패키징 기술을 이용한 글러브 타입의 다채널 센서 플랫폼 설계 및 개발
⦁ 피부 적합 재료 선정 및 위생과 감염 예방을 위해 초저가 1회용 공정 개발
⦁ 인체 움직임의 불편함을 최소화하기 위한 초박막형 구조 설계
⦁ 떨림, 근긴장이상증 등 질환을 정량적으로 계측할 수 있는 실시간 모니터링 시스템 개발
○ 연구 결과
⦁ 150% 이상의 대변위 측정 가능, Gauge factor 30의 고감도 센서 개발
⦁ 신호 송수신 시스템은 아두이노를 활용하여 실시간 신호 송수신 시스템을 구축
⦁ Lab View를 활용하여 실시간 모니터링 프로그램을 개발
⦁ 글러브 타입의 측정 시스템을 통해 데이터를 수집하고 이를 머신 러닝 해주어 센서 보상
⦁ 손의 움직임을 정량적으로 계측할 수 있는 실시간 모니터링 시스템 개발

□연구개발결과의 중요성
○ 박막형 3차원 고정밀 모션 캡쳐 시스템의 최초 개발
Markets and Markets에 의하면 APAC(아시아-태평양) 지역 시장에서 영화와 애니메이션, 생명 과학 분야 등에서 3D 모션캡쳐 시스템 관련 시장이 연평균 10.12% 이상의 높은 성장하여 2020년에 1억4250만달러에 이를 것으로 전망된다. 본 연구에서 개발하고자 스마트 글로브는 거미모사 박막 센서를 기반으로 생체의 움직임을 정밀하게 측정할 수 있는 시스템으로 기존 모션 캡쳐 시스템들과 차별화된다. 기존의 비콘 기반 모션 캡쳐 시스템의 경우 광학 카메라 장치가 설치된 제한된 공간에서 사용가능한 점, 비콘의 부착 따른 오차가 발생하는 점, 음영지역 문제 등 때문에 정밀한 의료분야에 적용하기 어려운 단점을 갖는다. 또한, 기존의 Bending 센서 기반 모션 캡쳐 글로브의 경우 진동이나 떨림, 외전(abduction), 내전(adduction)과 같은 복잡한 손가락의 움직임을 계측하기 어려운 단점을 갖는다. 본 연구를 통해 이 같은 문제를 해결할 수 있는 새로운 형태의 스마트 글로브 시스템을 제안하고자 한다. 개발된 스마트 글로브 시스템은 최근 급성장을 하고 있는 게임, 영화, 방송 등과 같은 3D 엔터테인먼트 분야뿐만 아니라 진단, 재활 등과 같은 바이오 분야에 고정밀 모션 캡쳐 원천 기술로 널리 활용될 수 있을 것이다.

(출처 : 요 약 문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 10
• 4. 참고문헌 ... 11
• 5. 연구성과 ... 12
• 끝페이지 ... 22