전자 피부는 처음으로 다른 방향에서 터치를 예상하고 인식합니다

Chemnitz와 Dresden의 연구팀은 인공 모발이 통합된 민감한 전자 피부(e-skin) 개발에 큰 진전을 이루었습니다. E-스킨은 자연스러운 인간 피부 대응물의 감도를 모방하려고 하는 유연한 전자 시스템입니다. 응용 분야는 신체의 피부 교체 및 의료 센서부터 휴머노이드 로봇 및 안드로이드용 인공 피부에 이르기까지 다양합니다.

표면의 작은 털은 사람의 피부에 닿는 가장 작은 촉각을 감지하고 예상할 수 있으며 촉각의 방향까지 인식할 수 있습니다. 현대의 전자 피부 시스템에는 이러한 기능이 없으며 주변에 대한 중요한 정보를 수집할 수 없습니다.

연구팀은 전자 피부 시스템(액티브 매트릭스)에 통합될 수 있는 극도로 민감하고 방향 의존적인 3D 자기장 센서를 개발하기 위한 새로운 길을 모색했습니다. 팀은 3D 장치 어레이의 소형화 및 통합을 위해 완전히 새로운 접근 방식을 사용했으며 인간 피부의 자연스러운 터치를 모방하는 데 중요한 단계를 거쳤습니다. 연구원들은 Nature Communications 저널에 결과를 보고했습니다.

연구의 제1 저자인 Christian Becker는 “우리의 접근 방식은 병렬 제조 공정에서 대량 생산될 수 있는 3D의 기능적 센서 요소의 정확한 공간 배열을 허용합니다. 이러한 센서 시스템은 확립된 마이크로전자 제조 방법으로 생성하기가 극히 어렵습니다.”

연구팀이 제시한 센서 시스템의 핵심은 AMR(등방성 자기저항) 센서이다. AMR 센서를 사용하여 자기장의 변화를 정확하게 결정할 수 있습니다. 예를 들어 현재 자동차의 속도 센서로 사용되거나 다양한 기계에서 움직이는 구성 요소의 위치와 각도를 결정하는 데 사용됩니다.

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기능성 섬유를 사용하면 셔츠가 가치 있는 마이크가 됩니다.

초소형 센서 시스템을 개발하기 위해 연구원들은 소위 "마이크로 종이접기 프로세스"를 활용했습니다. 이 프로세스는 AMR 센서 구성 요소를 3차원으로 자기 벡터 필드를 해결할 수 있는 3차원 아키텍처로 접는 데 사용됩니다.

Micro-origami를 사용하면 많은 수의 마이크로 전자 부품을 작은 공간에 넣고 기존의 미세 가공 기술로는 달성할 수 없는 기하학적 구조로 배열할 수 있습니다. 올리버 G. 슈미트(Oliver G. Schmidt) 교수는 “마이크로 종이접기 프로세스는 20년 이상 전에 개발되었으며 이 우아한 기술의 잠재력이 새로운 마이크로전자 응용 분야에 어떻게 활용될 수 있는지 보는 것은 놀라운 일입니다.”라고 말했습니다.

연구팀은 3D 마이크로 종이접기 자기 센서 어레이를 단일 활성 매트릭스에 통합했으며, 여기에서 각 개별 센서는 마이크로 전자 회로에 의해 편리하게 처리되고 판독될 수 있습니다. 개념, 설계 및 설계에 결정적으로 기여한 Daniil Karnaushenko 박사는 "액티브 매트릭스 자기 센서와 자체 조립 마이크로 종이접기 아키텍처의 조합은 고해상도 3D 감지 시스템을 소형화하고 통합하는 완전히 새로운 접근 방식입니다."라고 말했습니다. 프로젝트 구현.

연구팀은 3차원 자기장 센서와 자성 뿌리를 가진 가는 머리카락을 인공 전자 피부에 통합하는 데 성공했다. e-스킨은 전자 장치와 센서가 내장된 엘라스토머 소재로 만들어졌으며 신경과 얽힌 유기 피부와 유사합니다.

머리카락을 만지거나 구부릴 때 기본 3D 자기 센서로 자근의 움직임과 정확한 위치를 감지할 수 있습니다. 따라서 센서 매트릭스는 머리카락의 맨손 움직임을 기록할 수 있을 뿐만 아니라 움직임의 정확한 방향도 결정합니다. 실제 사람의 피부와 마찬가지로 전자 피부의 각 머리카락은 주변의 변화를 감지하고 감지할 수 있는 전체 센서 장치가 됩니다.

실시간으로 3D 자기 센서와 자기 모근 사이의 자기-기계적 결합은 새로운 유형의 터치 감지 인식을 제공합니다. 이 기능은 인간과 로봇이 긴밀하게 협력할 때 매우 중요합니다. 예를 들어 로봇은 의도한 접촉이나 의도하지 않은 충돌이 일어나기 직전에 많은 세부 사항으로 인간 동반자와의 상호 작용을 미리 감지할 수 있습니다.