액체 금속 웨어러블 압력 센서

소프트 압력 센서는 소프트 로봇 공학, 전자 피부 및 웨어러블 전자 장치를 포함한 다양한 분야에서 상당한 연구 관심을 받았습니다. 연구원들은 생리적, 물리적 신호를 민감하고 정확하며 지속적으로 측정할 수 있는 고감도 웨어러블 압력 센서를 개발했으며 건강 모니터링 응용 프로그램과 질병의 조기 진단에 큰 잠재력을 보여줍니다.

연성 압력 센서는 지속적인 건강 모니터링에 사용되기 위해서는 높은 순응도, 고감도, 저비용, 장기 성능 안정성 및 환경 안정성이 필요합니다. 탄소나노튜브, 그래핀 등의 기능성 물질을 이용한 기존의 고체상태 연압센서는 우수한 감지성능을 보여왔다. 그러나 이러한 센서는 신축성 기판과 기능성 소재 사이의 거리로 인해 제한된 신축성, 신호 드리프트 및 장기간의 불안정성이 있습니다.

이러한 문제를 극복하기 위해 다양한 웨어러블 애플리케이션에 액체 금속을 사용하는 액체 상태 전자 장치가 도입되었습니다. 이러한 재료 중 갈륨, 인듐 및 주석의 공융 금속 합금인 Galinstan은 웨어러블 애플리케이션에 사용할 수 있는 우수한 기계적 및 전기적 특성을 가지고 있습니다. 그러나 오늘날의 액체 금속 기반 압력 센서는 압력 감도가 낮아 건강 모니터링 장치에 대한 적용이 제한됩니다.

연구원들은 3D 인쇄로 인쇄된 강성 마이크로범프 어레이 통합 액체 금속 기반 소프트 압력 센서를 개발했습니다. 3D 프린팅의 도움으로 단단한 마이크로범프 어레이와 액체 금속 마이크로채널용 마스터 몰드의 통합을 동시에 달성할 수 있어 제조 공정의 복잡성을 줄일 수 있습니다. 견고한 마이크로 범프와 마이크로 채널의 통합을 통해 새로운 압력 센서는 이전에 보고된 액체 금속 기반 압력 센서에 비해 감지 한계가 매우 낮고 압력 감도가 향상되었습니다. 제안된 센서는 또한 압력, 굽힘 및 신축의 10,000 사이클 이상에서 무시할 수 있는 신호 드리프트를 가지며 다양한 환경 조건에 노출될 때 우수한 안정성을 나타냅니다.

이러한 성능 결과로 인해 다양한 건강 모니터링 장치에 대한 우수한 센서가 됩니다. 먼저 연구팀은 운동 중 맥박을 지속적으로 모니터링할 수 있는 웨어러블 손목밴드 장치를 시연하고 PTT 계산을 기반으로 비침습적 커프리스 혈압 모니터링 시스템에 적용할 수 있다는 점을 시연했다. 그런 다음 무선 통신 모듈과 3D-BLiPS를 통합하는 무선 웨어러블 발뒤꿈치 압력 모니터링 시스템을 도입했습니다.