Triboelectric nanogenerator (TENG) is a new class of energy harvester, which converts external mechanical energy into usable electrical energy, via contact electrification and following electrostatic induction. Apart from utilizing TENG as an energy source, TENG have been utilized as a self-powered active sensor based on the fact that TENG generate electrical signal itself corresponding to external excitations. Especially, TENG based touch sensor have been most intensively studied. However, most studies had focused on validating the potential of TENG based sensor. TENG based touch sensor has various advantages including cost-effectiveness, no restriction in selecting material, design flexibility and self-powered operation. To widen applicable area of TENG based touch sensor, it is important to explore appropriate end application in where the advantages of TENG based touch sensor can be maximized. In this study, three different applications of TENG based touch sensor (fall detection system, fabric keyboard and touchpad) were suggested and the system operation was validated.
Firstly, cost effective fall detection system was demonstrated utilizing TENG based touch sensor array, although unit sensor could be fabricated with very low cost (150 KRW), it was confirmed that the proposed fall detection system accurately classified daily activities and falls (accuracy of 95.75 %). Secondly, based on wide mechanical spectrum and design flexibility of TENG based sensor, a fabric keyboard which can be made only using commercialized fabrics, was demonstrated and the operation was experimentally validated. Due to its cost effectiveness and textile industry compatibility, the proposed keyboard has great potential for an interface device in electronic textile (E-textile). Finally, fabric touchpad was demonstrated by employing crossline array of TENG based sensors. With largely enlarged pixel number, it was shown that more complex operations such as hand writing of a digit could be served.
마찰대전 발전기는 최근 새롭게 제안된 에너지 하베스터의 일종으로 두 표면간 접촉 대전현상 및 정전기적 유도현상을 통해 외부 기계적 에너지를 전기적 에너지로 전환하는 장치를 말한다. 외부 자극에 의해 전기적 신호를 생산하는 마찰대전 발전기는 단순히 전력 공급원이 아니라 하나의 무전원 센서로도 활용되고 있다. 그 중에서도 외부 기계적 자극에 의해 스스로 전기 신호를 발생시키는 특성을 활용해 마찰대전 발전기를 무전원 터치센서로 응용하는 연구가 많이 이루어 졌다. 하지만 종래의 대다수 연구는 마찰대전 발전기의 센서로서의 응용가능성 만을 확인하거나, 폴리머 필름 기반의 압력 매핑 시스템 등 만을 제안하였다. 마찰대전 발전기 기반의 터치 센서는 저렴한 가격, 가용물질에 제한이 없는 점, 디자인 자유도 등 다양한 장점을 가지고 있으며, 마찰대전 발전기 기반 터치 센서의 보다 일반적인 응용을 위해서는 위와 같은 마찰대전 발전기의 장점을 극대화 할 수 있는 응용처를 탐색, 동작 특성을 확인하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 마찰대전 발전기의 다양한 장점에 기반하여 크게 세 가지의 마찰대전 발전기 기반 터치 센서 응용 (낙상 감지 센서, 섬유형 키보드, 섬유형 터치패드)을 제안하고 그 동작을 확인하였다.
