We have designed, fabricated and characterized the thermo-pneumatic adhesive pads, where heaters are fabricated in chambers for skin-to-pad adhesion control. The thermo-pneumatic adhesive pads control temperature and pressure of the chamber air. The heater temperature changes the pressure in the chambers; thus, increasing or decreasing the skin-pad adhesion force. In the experimental study, we characterize the adhesion force from three different pads: SU8 flat pad, SU8 pad with chambers, and SU8 pad with chambers and heaters. In the pad with chambers and heaters, the heaters increase the adhesion force in the amount of 394.2 % and decrease the adhesion force in the amount of 170.6 %, compared to the pad with chambers. The thermo-pneumatic adhesive pads show the adhesion force sensitivity of 81 mN/W in attachment mode and the adhesion force sensitivity of 33 mN/W in detachment mode, respectively. We have experimentally demonstrated that the thermo-pneumatic adhesive pads are capable to control the skin-pad adhesion force. The adhesion force is increased in pad attachment mode, while decreasing in pad detachment mode without skin damage. The adhesion force of 0.7 N, achieved at the input power of 1.66 W, bears the pad weight of 30 mN and resists the wind force of 6 mN generated at the speed of 100km/h. The thermo-pneumatic adhesive pads are applicable to skin attachable physiological signal monitoring devices.
본 논문에서는 피부와 접촉하는 패드에 음각의 미세챔버와 챔버 내 히터를 제작 후 패드를 피부에 접촉하여 히터 스위칭에 따른 챔버 내 압력변화를 통해 소자와 피부사이의 부착력을 조절하는 열공압 패드를 설계하고 제작하여 부착력 조절성능을 실험적으로 측정하였다. SU8을 소재로 한 평면패드, 미세챔버가 형성된 패드, 미세챔버 내 히터가 내장된 패드 등 3가지 패드의 부착력을 측정하여 비교하였다. 미세챔버 내 히터가 있는 경우, 미세챔버만 있는 경우에 비해, 히터의 부착력 증가 영향은 394.2 %이며, 히터의 부착력 감소 영향은 170.6 %로 측정되었다. 히터에 인가되는 전력에 따른 부착력 증가율은 81 mN/W, 부착력 감소율은 33 mN/W 로 각각 측정되었으며, 부착력을 증가시켜 패드를 부착하고 부착력을 감소시켜 패드의 탈착을 용이하게 한다. 본 패드에서 1.66 W 전력에 의한 0.7 N의 부착력은 패드의 자중 30 mN 을 지탱할 수 있으며, 100 km/h 의 바람에서 발생되는 6 mN 을 견딜 수 있다. 본 패드는 피부에 안정적으로 부착하며 탈착이 가능한 피부 부착형 생체신호 모니터링 소자에 활용이 가능하다.
