- 웨어러블과 로봇 분야에서는 인간의 피부처럼 부드럽고 높은 신축성과 유연성, 그리고 전기적 신뢰성이 필수적임. 이러한 환경에서는 기존의 단순 회로 배선 방식으로는 충분한 내구성과 성능을 제공하기 어렵기 때문에 신축성 있는 배선 및 고감도 센서 기술에 대한 수요가 급증하고 있음. 특히, 웨어러블 기기와 로봇 시스템에서는 사용자의 움직임이나 로봇 관절의 동작에 따라 변형될 수 있는 유연한 전자 장치가 필요하며, 정밀한 압력 및 동작 변화를 감지하는 기술이 중요함. 따라서 고성능 압력 센서와 신축 배선 기술은 시스템의 기능성과 사용 편의성을 향상시키기 위한 핵심 요소로 자리 잡고 있음.
- 이러한 요구를 충족하기 위해 신뢰성 높은 신축 배선과 고감도 센서 기술을 비용 효율적으로 구현할 수 있는 제조 공정이 필요함. 기존의 복잡한 나노 구조 공정이나 고가의 장비를 대체할 수 있는 새로운 접근법이 개발된다면 다양한 산업 분야에서 기술 상용화 가능성을 높이고 사용자 맞춤형 솔루션을 제공하는 데 중요한 기여를 할 수 있음.
- 본 기술은 국책과제로서 개발된 유연/인장 하이브리드 센서 플랫폼 기술을 국내 기업에 전수하여 웨어러블 헬스케어 또는 휴머노이드 로봇 디바이스에 적용되는 국내 압력센서 시장을 선도하고 새로운 시장을 창출하며 해외 압력센서 및 로봇 부품 디바이스 시장에의 진출 촉진을 목적으로 함.
- 본 기술은 '자유형상 고집적 융복합센서를 위한 유연인장 하이브리드 센서 플랫폼 기술 개발(수행기간: 2022.04 - 2028.12)’ 과제 결과물로서 산출된 ‘고감도 신축 압력 센서 어레이 기술’을 그 대상으로 함.
- 본 기술은 고가의 장비나 복잡한 나노구조 공정이 필요하지 않아 제조 공정이 단순하고 비용 효율적임. 이를 통해 웨어러블, 로봇, 의료 및 재활 디바이스 등 다양한 산업 분야에서 사용자 맞춤형 센서 개발이 가능하며, 다양한 열가소성 소재와 전도성 물질을 사용해 응용 분야와 요구 성능에 맞추어 센서 특성을 최적화할 수 있음. 기술이전을 통해 기존의 기업이 보유한 기술의 한계를 뛰어넘는 혁신적인 제품 개발이 가능하고 신축 압력센서를 이용한 웨어러블 헬스케어 디바이스, 로봇 부품 디바이스, IoT 디바이스 및 새로운 비즈니스 모델 발굴이 용이할 것으로 크게 기대되므로, 상기 과제에서 개발된 고감도 신축 압력센서 어레이 기술을 산업체로 이전하는 것이 필히 요구됨.
- 본 기술은 고감도 신축 압력센서 어레이의 구조 설계와 제작 방법에 관한 것으로, 산업용 FCCL 필름과 레이저 공정을 활용한 고신뢰성 신축 배선 설계 및 제작 기술, 그리고 이와 결합되는 사포 기반 열 성형 공정을 활용한 압력센서 기술을 포함함. 웨어러블 기기와 로봇 시스템에서 요구되는 높은 신축성, 유연성, 내구성을 갖춘 고감도 압력센서로 다양한 응용 분야에서 탁월한 성능을 제공함.
- 본 기술의 신축 배선은 최대 300%까지 인장 가능하며, 인장률 200%까지의 저항 변화가 0.5% 이내로 높은 신축성과 전기적 신뢰성을 보임. 또한 센서는 최대 250kPa의 압력 범위에서 안정적으로 작동하며, 민감도 선형성을 0.97 이상 유지하여 높은 감지 정확도를 보장함. 또한, 사포의 방수 등급 조절을 통해 감지층의 표면 미세구조를 형성함으로써 민감도 0.05/kPa 이상의 감지 성능을 제공함.
A. 기술명: 열 성형된 패턴 기반의 고감도 압력센서 매트 기술
- 열성형을 이용한 전도성 물질의 표면 구조화 공정 제작 기술
- 이를 이용한 대면적, 고감도, 선형성을 가진 센서 제작 공정 및 특성평가 기술
B. 기술명: 고내구성 신축 배선 및 기판 제작 기술
- 산업용 FCCL 필름 및 레이저 공정을 활용한 신축 센서 기판 공정 기술
- 고신뢰성 신축 센서 구현을 위한 고종횡비 신축 배선 설계 및 제작 기술
A. 열 성형된 패턴 기반의 고감도 압력센서 매트 기술
(1) 특허: 열 성형된 패턴 기반의 고감도 압력센서 매트 관련 국내외 특허 통상실시권 1건
- 국내특허: “열 성형된 패턴 기반의 고감도 압력센서 매트“ (출원번호: 2024-0138343)
- 국외특허: 출원 중 (미국)
(2) 기술문서 2건
- TDP, “샤포를 이용한 소프트한 전도성 물질의 표면 구조화 공정”
- TDP, “사포로 구조화된 소프트한 전도성 물질의 특성 평가 및 활용”
B. 고내구성 신축 배선 및 기판 제작 기술
(1) 특허: 신축 배선 및 기판 제작 방법 관련 국내외 특허 통상 실시권 1건
- 국내특허: “신축 배선 및 기판 제작 방법“ (출원번호: 2024-0137615)
- 국외특허: 출원 중 (미국)
(2) 기술문서 2건
- TDP “산업용FCCL 필름과 레이저 공정을 활용한 신축센서 제작 방법”
- TDP“고신뢰성 신축센서 구현을 위한 고종횡비 신축배선 설계 및 제작 방법”
- 활용 분야
. 로봇 의수용 압력센서
. 휴머노이드 로봇용 압력센서
. 웨어러블 압력센서 어레이
. 헬스케어용 압력센서 어레이
- 응용 분야별 다양한 형태 적용이 가능한 유연한 구조의 압력센서 기술이므로 기존의 딱딱한 형태의 압력센서를 대체 가능하며, 기존의 상용 센서 대비 압력감지 범위가 넓고 신축성이 뛰어나 빨라 향후 유연/신축 압력센서 시장 성장세에서 기술 경쟁력 확보에 따른 시장 점유에 유리할 것으로 기대됨.