Soft tactile sensor의 원리: 개괄

일반적인 tactile sensor의 목적은 외부에서 가해지는 압력을 감지하고 정량화하는 데에 있다. 이는 결국 pressure sensor가 갖고 있는 목적과 동등하며 사실 상 원리 또한 동일하다.

Pressure sensor를 구현하기 위한 방법은 매우 다양하나, 가장 크게 많이 이루어지고 있는 방법은 아래의 4개와 같다.

1. Piezoresistive type (압저항 방식)
2. Piezoelectric type (압전압 방식)
3. Capacitor type (캐패시터(축전) 방식)
4. Optoelectric type (광전자 방식)

이번 포스트에서는 각각의 방식이 갖는 원리를 간단히만 설명을 하며, 구체적인 내용은 각각의 새로운 포스트에서 더 자세하게 밝힌다.

1. Piezoresistive type

Piezoresistive는 '압력'이라는 의미의 piezo라는 접두사와 '저항'을 의미하는 resist가 함께 연결된 합성어이다. 따라서 외부의 압력에 의해 물체의 저항이 바뀌며, 바뀐 저항을 읽어들여 외부의 압력을 계산하는 방식이다. piezoresistivity를 구현하는 방법은 매우 다양하며 크게 물체가 가진 외형적 변화를 이용하거나, 물체 자체의 비저항을 변화하는 방법으로 나뉜다.

2. Piezoelectric type

Piezoelectric은 piezoresistive와 비슷하게, 외부의 압력에 의해 물체 자체가 내부에서 전기적 퍼텐셜을 갖게 되고 외부로 이어진 회로에 전류가 흐르는 점을 이용한 것이다. 대개 이는 재료 자체의 구조, 결정 특성에 기인한 것으로 압저항 방식에 비해 사용되는 재료가 한정적이다. 또한 재료가 전압을 띠는 원리가 반복적인 구조 변형에 따른 dipole 진동에 의한 것이기 때문에, 동적 외력에 의해서만 작용할 수 있다는 단점이 있다.

3. Capacitor type

Capacitor type은 말 그대로 축전효과를 응용한 방법이다. 두 평행한 평판이 축적할 수 있는 전하량은 평판의 크기에 비례하고 거리에 반비례한다는 기본적인 원리를 이용한다. 원리가 매우 간단하기 때문에, 단순하게 소자를 설계할 수 있다는 큰 장점이 있다.

4. Optoelectric type

Optoelectric type은 빛이 매질을 통과할 때, 외부 압력에 의해 매질이 변형됨에 따라 바뀌는 빛의 양을 측정하여 압력을 계산한다. 매질이 변형됨에 따라 매질을 통과할 수 있는 빛의 mode의 수가 변화하여 빛의 세기가 변화하는 점을 이용한 방법이다.

크게 위의 네가지 형태가 있으며, 각각 방법이 가진 장단점을 아래 표에 작성하였다.

참고문헌

[1] Hammock M et al., 2013, “25th anniversary article: The evolution of electronic skin(e-skin): a brief history design considerations, and recent progress”, Adv. Mater., 25, 5997-6038

[2] R. A. rahim et al., 2012, “Current Trend of Tactile Sensor in Advanced Applications”, Sensors & Transducers Journal, 143, 8, 32-43