The need for electronics with new forms is emerging in various fields including healthcare, robotics, medical devices, and human-machine interfaces. Compared to conventional rigid material-based electronics, stretchable electronics can improve user convenience through various shapes and functions. Recently, stretchable electronic skin inspired by human skin is easy to change shape and can collect various physical senses. To this end, various polymer-based tactile sensors and electronic skin were presented, but there was a problem that durability and accurate tactile detection were difficult. Therefore, this study aims to accurately detect various tactile senses and secure high durability for various variations. First, in order to properly imitate the human skin sensory ability, accurate strain detection of tactile sensors is very important. Therefore, a pressure insensitive strain sensor is presented. Microcracks occur in the multi-wall carbon nanotube (MWCNT) network when the strain is applied, causing a large change in resistance at the 70% strain to have a gauge factor of 56. Second, accurate pressure detection that is not affected by the lateral strain and temperature is very important. An ultra-high sensitivity of capacitive pressure sensor based on the porous pyramid dielectric layer was developed. The improved sensitivity is because the compression coefficient is lowered and the effective dielectric constant changes significantly under pressure. Third, integrating robust components into the soft polymer matrix is considered the most feasible architecture that enables stretchable electronic devices. Here, we designed a Ferris wheel-shaped island (FWI) that can effectively suppress crack propagation at an interface in various deformation modes. Stretchable electronic products composed of various rigid components (LEDs, coin cells) were demonstrated using essentially stretchable printed electrodes. In addition, it has been proven that the electronic skin can distinguish various tactile stimuli without interference.
헬스케어, 로보틱스, 의료용 장치, 인간-기계 인터페이스를 포함한 다양한 분야에서 새로운 형태를 가진 일렉트로닉스의 필요성이 대두되고 있다. 기존의 강성소재기반의 일렉트로닉스에 비해 스트레처블 일렉트로닉스는 다양한 형태와 기능성을 통해 사용자의 편의성을 증진시킬 수 있다. 최근 실제 사람피부에서 영감을 받은 스트레처블 전자피부는 형태 변화가 용이하고 다양한 물리적 감각을 수집할 수 있다. 이를 위해, 다양한 고분자 기반의 촉각 센서와 전자피부가 제시되었지만 내구성과 정확한 촉감 감지가 어렵다는 문제가 있었다. 따라서 이연구는 다양한 촉각을 정확하게 감지하고 다양한 변형에 대한 고내구성을 확보하는 것을 목표로 한다. 첫째, 인간의 피부 감각 능력을 제대로 모방하기 위해서는 촉각 센서의 정확한 변형률 감지가 매우 중요하다.
여기서는 압력 및 인장 변형률 적용에 따른 구조적 변화 차이를 활용하는 전분해능 처리 가능 압력 민감 변형률 센서를 제시한다. 변형률 적용 시 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT) 네트워크 내에서 마이크로 크랙이 발생하여 70% 변형률에서 게이지 계수가 56으로 저항의 큰 변화를 유발한다. 둘째, 촉각 센서의 인장과 온도에 영향받지 않는 정확한 압력 감지가 매우 중요하다. 다공성 피라미드 유전층에 기초한 초고감도 정전용량식 압력 센서를 개발하였다. 향상된 민감도는 압축 계수가 낮아지고 압력 하에서 유효 유전 상수가 크게 변화하기 때문입니다. 셋째, 소프트 폴리머 매트릭스에 견고한 구성 요소를 통합하는 것은 신축성 전자 장치를 가능하게 하는 가장 실현 가능한 아키텍처로 간주되고 있다. 여기서는 다양한 변형 모드에서 인터페이스에서 균열 전파를 효과적으로 억제할 수 있는 관람차 모양의 섬(FWI)을 기하학적으로 설계했다. 다양한 견고한 구성 요소(LED, 코인 셀)로 구성된 스트레치 가능 전자 제품은 본질적으로 스트레치 가능한 인쇄 전극을 사용하여 시연하였다. 또한 전자피부는 다양한 촉각 자극을 간섭 없이 구분할 수 있는 것이 입증되었다.
