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Sep 03, 2023

울트라하이

npj 유연한 전자

npj 유연한 전자공학 6권, 기사 번호: 54(2022) 이 기사 인용

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새로운 촉각 감지 장치는 인간의 기계적 수용의 생물학적 기능을 모방합니다. 광학적 투명성의 특징을 도입함으로써 촉각 지능과 시각 지능의 역량을 단일 시스템으로 결합할 수 있습니다. 그러나 단일 구조에서는 초고수준의 광학적 투명성과 소자 감도를 구현하기 어렵다. 계면 거칠기를 높이는 등 감도 향상을 위해 널리 사용되는 방법으로 인해 투명성이 더욱 저하될 수 있기 때문이다. 조정 가능한 표면 토폴로지를 가진 투명한 이온 물질을 활용하고 굴절률 매칭 전략을 도입함으로써 이온 전자 감지 메커니즘을 기반으로 하는 투명 이온 전자 감지(TIS) 장치를 제안하는 동시에 결합된 높은 장치 감도(83.9 kPa− 1) 초고광투명도(96.9%)로 문헌상 보고된 값 중 가장 높은 수치입니다. 감지 및 광학 특성의 포괄적인 성능을 활용하는 TIS 장치는 산업 및 의료 응용 분야의 인간-기계 인터페이스에 대한 엄청난 잠재력을 가지고 있습니다.

인간의 중요한 지각 및 지능 수집 기능을 나타내는 촉각은 최근 몇 년 동안 활발한 연구 개발 주제였습니다1,2. 원하는 터치 정보를 얻기 위해 촉각 인식의 생물학적 기능을 시뮬레이션하는 아날로그-디지털 변환 프로세스를 달성하기 위해 유연한 촉각 감지 기술이 자주 모색되었습니다. 주요 성능 특성인 장치 감도는 촉각 센서 설계의 주요 고려 사항으로, 해결 가능한 최소 압력 변화 하에서 감지 용량을 평가합니다3. 높은 장치 감도를 갖춘 촉각 센서는 터치 및 동작 인식, 생리적 신호 감지와 같은 특정 응용 프로그램을 활성화했습니다4. 센서 융합 및 다중 양식 감지의 최근 기술 동향은 기존 방식에 특수 기능을 활성화하는 데 추가적인 인센티브를 제공합니다. 이를 위해 촉각 센서에 광학적 특성을 통합하면 의료 영상, 건강 모니터링 및 전자 피부6와 같은 촉각 및 시각 지능 애플리케이션5에서 더 많은 기능과 기회가 발생할 수 있습니다. 구체적으로, 대물렌즈에 투명한 힘 피드백을 적용한 촉각 기반 내시경은 내부 조직 및 장기와의 잠재적인 물리적 접촉을 감지하고 보고할 수 있으며, 결과적으로 임상에서 바람직한 안전 기능 또는 탐색 안내 신호 역할을 할 수 있습니다. 카테터 삽입의 진단 및 수술7. 또한, 매우 투명하고 민감한 촉각 센서를 웨어러블 전자 장치에 도입할 수 있으며, 이를 통해 광학적 신호를 유지하면서 동맥압 파형, 심박수, 호흡수, 혈압과 같은 여러 생리적 신호를 연속적으로 감지할 수 있습니다. 무감각8. 또한 투명한 인간-기계 인터페이스는 기존 터치 스크린에 3D 힘 감지 기능을 도입하여 증강 현실 및 게임 애플리케이션에 대한 섬세한 개체 인식 및 촉각 피드백을 허용함으로써 특별한 사용자 경험을 제공할 수 있습니다9. 그러나 현재 투명하고 유연한 촉각 센서가 단일 장치에서 초고수준의 광학 투명성과 장치 감도를 모두 달성하는 것은 여전히 ​​어려운 일입니다.

기술적으로 말하면, 빛 투과율은 매체의 빛 흡수 및 산란뿐만 아니라 인터페이스에서의 빛 반사의 전반적인 수준을 반영합니다10,11. 촉각 감지 장치의 빛 투과율을 향상시키기 위해 현재 연구는 주로 건축 자재의 본질적인 광학 투명성을 수정하는 데 중점을 두고 있습니다. 흡수 및 산란으로 인한 광 손실은 보고된 99.94%의 가장 높은 광 투과율로 재료 자체를 신중하게 선택하고 수정하여 최소화할 수 있지만 장치의 전체 투과율은 여전히 ​​높은 수준(예: 95%), 센서 구조 내부의 여러 재료 인터페이스에서 나타나는 빛 반사로 인해 발생합니다. 특히, 거친 계면 토폴로지가 발생할 때 계면 광 손실이 상당히 심각해집니다. 따라서 장치 투명성을 더욱 향상시키려면 이러한 계면 광 반사로 인해 발생하는 광 손실을 해결하기 위한 대안적인 접근 방식이 필요합니다. 촉각 감지 장치가 바람직하게 높은 감도를 달성하려면 감지를 위해 표면적이 넓은 인터페이스를 엔지니어링하는 것이 중요합니다. 따라서 기능 층 또는 전극의 '거친' 구성을 만들기 위해 피라미드형, 미세 바늘, 나노 섬유 및 생체 영감 구조와 같은 여러 흥미로운 전략이 추가로 조사되었습니다. 이러한 계면 토폴로지는 동일한 외부 하중 하에서 더 감지할 수 있는 수준의 변형 또는 더 큰 표면 접촉 영역을 생성하므로 장치 감도가 향상될 수 있습니다. 불행하게도 이러한 수정은 주로 광 투과율에 의해 평가되는 장치의 전반적인 투명성에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 촉각 센서, 특히 정전 용량 기반 센서의 광 투명성은 장치 감도와 관련된 역 추세를 나타내는 경우가 많습니다.