초록 ▼

연구개요
○ 본 연구에서는 유연성과 전도성을 갖는 다차원 섬유 기반의 구조체를 이용하여 생체정보를 감지할 수 있는 웨어러블 ICT 융합 센서 시스템을 구축하는 것을 최종목표로, 1) 다차원의 신축/유연성을 갖는 텍스타일 기반의 전극 및 센서 소재를 개발하고, 2) 이를 이용한 센서 소자를 제작하여 외부 자극 (인장, 압력, 터치, 온도 등)에 대한 전기적인 특성을 검증하고, 3) 모바일 디바이스(예:스마트폰)과 연동되는 고 유연성 및 신축성의 텍스타일 플랫폼 통합 생체 정보용 웨어러블 센서 시스템을 구현/평가하고자 한다.

연구개요
○ 본 연구에서는 유연성과 전도성을 갖는 다차원 섬유 기반의 구조체를 이용하여 생체정보를 감지할 수 있는 웨어러블 ICT 융합 센서 시스템을 구축하는 것을 최종목표로, 1) 다차원의 신축/유연성을 갖는 텍스타일 기반의 전극 및 센서 소재를 개발하고, 2) 이를 이용한 센서 소자를 제작하여 외부 자극 (인장, 압력, 터치, 온도 등)에 대한 전기적인 특성을 검증하고, 3) 모바일 디바이스(예:스마트폰)과 연동되는 고 유연성 및 신축성의 텍스타일 플랫폼 통합 생체 정보용 웨어러블 센서 시스템을 구현/평가하고자 한다.

연구 목표대비 연구결과
○ 전도성 소재를 적용하여 신축성 30%에서 100 S/cm 이상의 전도도 및 3회 이상의 세탁 내구성을 갖는 다차원 직물 구조의 고유연성 신호 센서 개발하기 위하여 silver plated nylon와 elastomer filament가 합사된 전도사를 적용한 루프 형태의 구조체를 제작하여 손가락 관절 움직임 측정 센서를 개발하였음. 또한, 5회의 세탁후에도 안정된 전기적 신호를 보임을 확인함.
○ Pre-strained 신축성 직물 기재(substrate)에 스티칭 공정을 적용하여 신축성 30% 이상의 Tunable 인장 영역을 갖는 센서를 개발함(가변 인장 구간 확보: Low range 0∼40% 와 High range 100∼160%). 또한, 3D 스페이서 직물을 적용하여 생체신호의 측정이 가능한 민감도를 갖는 센서 개발함.
○ 자가 전원 방식을 적용한 3D 직물 구조의 다중 로컬 스트레인 센서(MLS- 센서)를 개발함. MLS 센서는 동일한 압력을 사용하여 압전 출력 전압 (4.6 V)을 최대 5 배 (25.6 V)까지 증폭할 수 있으며, 7 cm X 7 cm의 크기를 갖는 센서를 제작하여 기존압전 필름 대비 30배 이상의 감도를 나타내었음. 10,000 cycle 이상의 내구성을 검증하였으며, 본 센서 장치를 신발에 장착하고, 무선으로 신호를 전송할 수 있는 회로를 설계하여 사용자가 모바일 폰을 통해 보행 특성을 측정하고 지속적으로 모니터링 할 수 있는 자가발전 방식의 보행 센서 시스템을 개발함.

연구발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
○ 전자 섬유의 연구개발은 전도성섬유에 전자 재료를 결합시키는 연구개발에서 기술상용화가 용이한 방향으로 “전도성 직물/섬유 그 자체로 직물 기반의 전자 부품화 (전자회로, 접점, 안테나, 센서(pH, 비 접촉 정전용량, 압력, 소리, 온도, 습도, 동작 등), 발전, 축전 등)” 하는 연구개발로 전환되고 있으므로 사용자 생활습관 및 활동을 파악하고 실시간으로 모니터링이 가능한 헬스케어 용 일체형 스마트 의류분야로 적용이 가능함.
○ 직물 기반의 센서 시스템은 스마트 의류뿐만 아니라 커넥티드 자동차용 내부 부품의 인체 친화 형 센서 시스템 및 스마트 건축용 실내 인테리어 부품으로 활용되어 미래형 직물 기반의 IoT 기반 시스템 구축에 활용 가능함.
○ 또한, 섬유 기반의 생분해성 소재를 적용하여 향후 인체 부착형 및 생체 이식형 센서 소자 개발로 연구 분야를 확장 가능하다. 미래형 웨어러블 센서의 지속적인 성장은 향후 동작 분석, 개인 미디어 호환, 정보통신, 보호/보안, 위치인식, 군사용 등의 융합 기술로 인간생활에 혁신적 변화를 일으켜 웨어러블 스마트 기기의 산업생태계 구축 및 고부가 가치화를 통한 글로벌 트렌드를 선도할 수 있는 새로운 서비스 시장을 창출 할 것으로 예상됨.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구의 필요성 ... 4
• 2) 연구 목적 ... 4
• 3) 연구 가설과 연구 범위 ... 4
• 4) 최종연구목표 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1) 1차년도 연구 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 2) 2차년도 연구 수행 과정 및 수행 내용 ... 8
• 3) 3차년도 연구 수행 과정 및 수행 내용 ... 11
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 13
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 13
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• 3) 목표 달성 수준 ... 13
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 16
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 16
• 1) 사회적 측면의 기여도 ... 16
• 2) 경제적/산업적 측면의 기여도 ... 17
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 17
• 1) 연구개발 성과 관리 추친체계 ... 17
• 2) 후속연구의 필요성 ... 17
• 3) 연구개발 성과 활용 분야 및 타 연구에의 응용 및 활용 방안 ... 18
• 6. 참고문헌 ... 18
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 19
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 23
• 끝페이지 ... 38