This paper proposes a highly sensitive & stretchable pressure sensor using polyvinyl chloride (PVC) gel with charge accumulation characteristics. The space charge generated by electric field is reduced by initial contact force. A highly sensitive pressure sensor was designed using this phenomenon, and the working principle was verified through EIS method. Proposed pressure sensor shows resistance change by 40% at low pressure within 1.5kPa and can measure pressure up to 30.5kPa. In addition, the response time of sensor is 35ms, and possibility of fabricating pressure sensor with high spatial resolution through dense electrode placement is verified. PVC-gel is a highly viscous and soft material. Therefore, 30mm thick PVC-gel reduced impulsive force by 41.87%. A robot safety skin that absorbs shock and detects collision (pressure) was designed using a high sensitivity of proposed pressure sensor and the high shock absorption capacity of PVC-gel. By applying robot safety skin to the gripper, the amount of impulse generated when colliding with a robot moving at speed of 261 mm/s was reduced by 61%.
본 논문은 전하 축적 특성을 가지는 polyvinyl chloride(PVC) gel을 이용하여 신축성이 좋은 고민감도 압력센서를 설계하였다. 전기장에 의해 생성된 공간 전하는 초기 접촉에 의해 크기가 감소한다. 본 현상을 이용해 접촉에 민감한 압력센서를 설계하였으며, EIS를 통해 본 작동 원리를 검증하였다. 본 압력센서는 1.5 kPa이내의 낮은 압력에서 저항이 40% 감소하며, 30.5 kPa까지 압력 측정이 가능하다. 또한 센서의 응답 속도는 35 ms이며, 조밀한 전극 배치를 통한 높은 공간 분해율을 가지는 압력 센서의 제작 가능성을 검증하였다. PVC-gel은 점성이 높고 부드러운 소재로서 30 mm 두께의 PVC-gel은 충격력을 41.87% 감소시킨다. 제안된 압력센서의 높은 민감도와 구성물질인 PVC-gel의 높은 충격 흡수 능력을 이용하여 충격을 흡수하고 충돌(압력)을 감지하는 로봇 안전 스킨을 설계하였다. 이를 그리퍼에 적용하여 261 mm/s로 움직이는 로봇과 충돌 시 발생하는 충격량을 61% 낮추었다.
