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Piezoelectric resonating tactile stimulators for the stimulus enhancement achieved by reduced stiffness structures with air chambers = 공기 챔버를 가진 저강성 구조로 출력 향상을 꾀한 압전 공진형 촉각 자극기
서명 / 저자 Piezoelectric resonating tactile stimulators for the stimulus enhancement achieved by reduced stiffness structures with air chambers = 공기 챔버를 가진 저강성 구조로 출력 향상을 꾀한 압전 공진형 촉각 자극기 / Dae Geon Seo.
저자명 Seo, Dae Geon ; 서대건
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2018].
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We have designed, fabricated and tested piezoelectric resonating actuators for tactile stimulation. The piezoelectric resonating tactile stimulators are composed of 3×4 stimulating dot arrays with air chambers. The piezoelectric resonating tactile stimulators use indirect piezoelectric actuation for tactile stimulation, by including specially designed polyimide air chambers on the piezoelectric polymer (polyvinylidene fluoride, PVDF) films. The air chambers on the PVDF films enhance stimulus by reducing the stiffness of total structure, smaller than that of the conventional direct piezoelectric actuation without air chambers. The piezoelectric resonating tactile stimulators are fabricated and characterized. The stimulators achieve the output displacement of 257.0 ± 1.5 nm, the output pressure of $339.1 N/m^2$, and the response time of 0.7 ms when the input voltage of $80 V_{pk}$ (52.5 kHz) is switched at 2 ms intervals (250 Hz), thereby 273.7 % stimulus enhancement compared to the conventional direct piezoelectric actuation. It has been experimentally demonstrated that the proposed piezoelectric resonating actuators are capable of stimulating human skin to support tactile or braille displays integrated into tactile interface systems.

본 논문에서는 공기 챔버를 가진 저강성 구조로 출력 향상을 꾀한 압전 공진형 촉각 자극기를 제안하고, 미세가공공정으로 제작하여 실험적으로 성능을 분석하고 입증하였다. 본 압전 공진형 촉각 자극기는 3×4 어레이 형태의 촉각 자극 닷으로 구성되어 인간의 촉각 인지 범위에 해당하는 주파수의 변위 및 압력을 발생시킨다. 촉각 자극을 위해 압전 폴리머 필름 구동기 상부에 폴리이미드 박막이 부착된 공기 챔버를 형성하여 압전 폴리머 필름 구동기와 폴리이미드 박막의 공기 챔버를 통한 직렬연결로 저강성 구조를 구현한 간접적 압전 구동방식의 압전 구동기를 설계 및 제작함으로써, 기존의 직접적 압전 구동방식의 압전 구동기에 비해 출력 향상을 꾀하였다. 미세가공공정으로 제작된 압전 공진형 촉각 자극기는 52.5 kHz, $80 V_{pk}$의 입력신호를 피부 감각 수용체의 최대 민감 주파수인 250 Hz로 스위칭하여 출력변위 257.0 ± 1.5 nm, 출력압력 $339.1 N/m^2$ 및 응답속도 0.7 ms의 출력성능을 보여 기존 직접적 압전 구동방식에 비해 동일 입력신호에서 273.7 %의 출력 향상을 실현하였다. 본 압전 공진형 촉각 자극기는 인간의 촉각 인지 범위에 해당하는 주파수의 변위 및 압력을 발생시킴으로써, 촉각 인터페이스 시스템에 집적이 가능한 촉각 디스플레이 등에 적용가능 함을 실험적으로 입증하였다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DBIS 18002
형태사항 vii, 70 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 서대건
지도교수의 영문표기 : Young-Ho Cho
지도교수의 한글표기 : 조영호
수록잡지명 : "Resonating tactile stimulators based on piezoelectric polymer films". Journal of Mechanical Science and Technology, v.32.no.2, (2018)
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 바이오및뇌공학과,
서지주기 References : p. 64-70
주제 Piezoelectric resonator
Piezoelectric polymer
Polymer actuator
Tactile stimulator
Tactile display
압전 공진기
압전 폴리머
폴리머 구동기
촉각 자극기
촉각 디스플레이
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