혁신적 유연 센서, 웨어러블 헬스케어에 비교할 수 없는 신뢰성 제공

실시간 건강 모니터링과 로봇의 감지 능력에는 소프트 전자공학이 필요하지만, 이러한 재료 사용의 과제는 신뢰성입니다. 탄력 있고 유연하다는 것은 성능이 덜 반복 가능하다는 것을 의미합니다. 신뢰성의 이러한 변동은 히스테리시스로 알려져 있습니다. 접촉 역학 이론에 따라 NUS 연구팀은 히스테리시스가 현저히 적은 새로운 센서 소재를 개발했습니다. 이 능력은 더 정확한 웨어러블 건강 기술과 로봇 감지를 가능하게 합니다.

소프트 재료가 압축 센서로 사용될 때 보통 심각한 히스테리시스 문제에 직면합니다. 소프트 센서의 재료 특성이 반복된 접촉 사이에서 변할 수 있어 데이터 신뢰성에 영향을 미칩니다. 이로 인해 매번 정확한 판독값을 얻기 어렵고, 센서의 가능한 애플리케이션이 제한됩니다.

NUS 팀의 돌파구는 높은 감도를 가지면서 거의 히스테리시스 없는 성능을 보이는 소재의 발명입니다. 그들은 금 박막을 유연한 소재인 폴리디메틸실록산(PDMS) 위에 바람직한 링 모양 패턴으로 균열시키는 공정을 개발했습니다.

팀은 이 금/PDML 필름을 전극과 기판과 통합하여 압저항 센서를 만들고 성능을 특성화했습니다. 반복적인 기계적 테스트를 수행했고, 그들의 설계 혁신이 센서 성능을 개선했음을 검증했습니다. 그들의 발명품은 TRACE(Tactile Resistive Annularly Cracked E-Skin)라는 이름으로, 기존 소프트 재료보다 5배 더 우수합니다.

"우리의 독특한 설계로 정확도와 신뢰성이 크게 향상되었습니다. TRACE 센서는 로봇에서 표면 질감을 인식하거나, 웨어러블 건강 기술 장치에서 예를 들어 표재성 동맥의 혈류를 측정하는 건강 모니터링 애플리케이션에 잠재적으로 사용될 수 있습니다."라고 Benjamin Tee 조교수는 말했습니다.

NUS 팀의 다음 단계는 다양한 웨어러블 애플리케이션에 대한 소재의 순응성을 더욱 개선하고 센서 기반 인공지능(AI) 애플리케이션을 개발하는 것입니다. "우리의 장기 목표는 인간 피부에 부착된 작은 스마트 패치 형태의 심혈관 건강 예측입니다. 이 TRACE 센서는 포착할 수 있는 맥파 속도 데이터가 더 정확하고 표면 질감을 더 정확하게 예측하기 위해 머신러닝 알고리즘을 장착할 수도 있으므로 그 현실을 향한 한 걸음입니다."라고 Tee는 설명했습니다.

NUS 팀이 개발하려는 다른 애플리케이션에는 신뢰할 수 있는 피부 인터페이스로 더 지능적인 반응을 가능하게 하는 의수 분야가 포함됩니다.