Electronic skin are devices that mimic the functionalities of human skin, which require high sensitivity, large dynamic range, high spatial uniformity, low-cost and large area processability, and the capacity to differentiate various external inputs. We herein introduce a versatile droplet-based microfluidic-assisted emulsion self-assembly (DMESA) process to generate 3-dimensional microstructure based high-performance capacitive and piezoresistive pressure sensors for electronic skin applications. Our technique can generate uniformly sized micropores that are self-assembled in an orderly close-packed manner over a large area, which results in high spatial uniformity. The size of the micropores can easily be tuned from 100-500 μm, through which sensitivity and dynamic range were controlled to as high as 0.86 $kPa^{-1}$ and up to 100 kPa. Our device can be printed on curvilinear surfaces and be molded into various shapes. We furthermore demonstrate that by simultaneously utilizing capacitive and piezoresistive pressure sensors, we can distinguish between pressure and temperature, or between pressure and proximity. These demonstrations make our process and sensors highly useful for a wide variety of electronic skin applications.
사람의 감각 기관을 완벽히 모사하기 위한 전자 피부 개발을 위한 연구가 활발히 진행이 되고 있다. 사람의 피부 수준 이상의 전자 피부 개발을 위해서는 높은 감도, 넓은 동적 범위, 높은 공간적 균일성을 다양한 외부 자극을 간섭없이 구분하는 촉각 센서 개발이 필요하며, 이러한 센서를 저비용으로 대면적으로 생산할 수 있는 생산 기술은 전자 피부의 상용화를 위해 반드시 개발 되어야한다. 본 학위논문에서는 미세유체공정 기반 에멀젼 공정을 통해 높은 수준의 전자 피부 개발을 위한 압력, 온도, 물체의 근접을 구분할 수 있는 다공성 촉각 센서 개발을 다루고 있다. 미세유체공정을 기반으로 하여 기공의 크기 조절이 가능함과 동시에 매우 균일한 기공 형성이 가능하다. 이는 높은 감도(0.86 $kPa^{-1}$), 넓은 동적 범위 (>100 kPa) 동시에 높은 공간적 균일성을 확보하는데 도움을 준다. 또한 용액 공정으로 개발이 되어 저비용으로 넓은 면적으로 제작하는데 이점을 가지고 있다. 마지막으로 정전용량과 압저항 방식의 다공성 구조를 동시에 사용하여 압력, 온도, 물체의 근접을 구분할 수 있는 촉각 센서를 개발하여 사람 피부에 조금 더 까운 전자 피부 개발에 기여할 것으로 기대한다.
