Skin sensor / touch tactile sensor

 고령화와 고립화가 급속도로 진행되어가는 21세기에 감성 이란 단어는 주목될 수 밖에 없습니다.

사람들은 사람의 체온을 느끼고 싶어하고, 단절과 일방적 소통이 아닌 interaction을 중요시하게 될 것입니다. 공학이라는 것이 결국 사람에게 필요한 것을 제공하는 것이기에 감성 공학이 새로운 화두로 떠오르게 될 것입니다. 감성 공학의 정의는 다음과 같습니다.

 감성공학 [感性工學, human sensibility ergonomics/sensibility ergonomics/ image technology]

요약

제품설계에 인간의 특성과 감성을 최대한 반영하는 공학기술로, 기본철학은 인간 중심의 설계이며, 개인의 경험을 통해 얻어지는 복합적인 감성을 과학적 측면으로 측정하고 분석하여 제품이나 환경을 그에 맞게 안락하며 쾌적하게 개발하려는 분야이고, 크게 다섯가지 분야가 있다. 본문 인간의 감성을 정량적으로 측정하여 평가하고 공학적으로 분석하여 이것을 제품 개발이나 환경 설계에 적용함으로써 더욱 편리하고 쾌적하며 안전한 인간의 삶을 도모하려는 기술이다. 기본 철학은 인간 중심의 설계이며, 1988년 시드니 국제 인간공학 학회에서 '감성공학'으로 명명되었다. 그 발단은 미국· 유럽 등의 휴먼 머신 인터페이스 기술과 일본의 정서공학이라 할 수 있다. 개인의 경험을 통해 얻어지는 외부의 물리적 자극에 대한 쾌적함·안락함 또는 불쾌함·불편함 등의 복합적인 감성을 과학적으로 측정·분석하여 공학적으로 적용시켜 제품이나 환경을 그것에 맞게 편리하고 안락하며 쾌적하게 개발하려는 분야이다. 크게 다섯 가지 분야로 나눌 수 있다. ①인간공학·인지공학 등 인간 특성을 파악하려는 연구에 기본을 둔 생체 측정 기술, ②인간 특성에 적합하도록 사용자 인터페이스를 실현하기 위한 기술로서 센서 공학·퍼지 뉴럴 네트워크 기술·신경망 기술 등 인간의 오감(시각·청각·촉각·미각·후각) 센서 및 감성 처리 기술, ③산업 디자인 등의 감성 디자인 기술, ④마이크로 기구 설계·극소기계 응용 등 마이크로 가공 기술, ⑤사용성 평가 기술·가상현실 기술 등으로서 인간에 대한 적합성을 판단하고 새로운 감성을 창출하기 위한 기술이다. 적용되는 예로는 냉장고·세탁기·에어컨 등 전자 제품 개발에서 하드웨어적 기능뿐만 아니라 색상·소재·모양에서도 인간의 생체적·심리적 적합성을 고려하여 제품을 생산하는 것, 소프트웨어 휴먼 인터페이스를 고려한 연구, 음성·키보드·마우스 입력 모드의 연구 등이다. 또한 유럽· 일본 등에서 개발 중인 운전자 졸음방지 시스템 등이 있다. 미국 미시간 대학 교통연구소에서는 운송수단과 관련된 인간공학·감성공학을 연구하였으며, 가상현실 기술·인간 컴퓨터 상호작용(HCI) 기술 등을 연구하고 있다. 유럽에서는 자동차·컴퓨터 관련 기술 등에서 감성공학·인간공학을 연구하고 있다. 한국에서도 1987년 한국표준과학연구원에 인간공학 연구실이 설립되었고, 1992년 G7 후보 과제로서 감성공학이 선정되었으며, 1992년부터 표준과학연구원 특성화 사업의 하나로 연구되고 있다.

 감성 공학의 5가지 분류 중 2번째 -인간의 특성에 적합하도록 사용자 인터페이스를 실현하기 위한 기술- 의 한가지로 인간의 피부와 같은 역활을 하는 센서가 필요하게 될 것입니다.
 
 본문에서는 이 skin sensor에 대한 자료와 idea를 정리하도록 하겠습니다.


1. Conformable and Scalable Tactile Sensor Skin for Curved Surfaces
 

Ohmura-ICRA06.pdf

  이 논문에서 정의하는 usable한 performance는 다음과 같다.
 1. Conformability - 적용이 쉬워야한다. (휘어질 수 있어야 한다.)
 2. Compliance - 피부가 연해야한다. (soft surface)
 3. Dynamic range and sensitivity - 가볍게 만진 것과 전체 하중이 걸렸을 때를 구별할 수 있어야 한다.
 4. Instalation space - 부피를 최소화 할 수 있어야 한다.
 5. Area coverage - 면적이 크면 클 수록 좋다. 
 6. Weight - 전 면적을 덮어야 하기 때문에 가벼워야 한다.
 7. Power consumption - 개별적인 소자가 소비하는 전력을 적어야 한다.
 8. Size - 개별적인 소자는 작아야한다. (분해능을 크게하기 위해서)
 9. Toughness - 표면은 충격과 절단력에 강하고 견고해야한다.
 10. Manufacturability - 생산이 쉬워야 한다.

 원리는 간단하다. 우레탄 재질의 표면 밑에 휘어지는 기판에 led와 photo tr을 넣고, 소비전력을 줄이기 위해서 switch scanning을 하면서 측정을 하는 것이다. 통신은 SMBus를 이용하고, 1MHz의 빠른 통신 속도를 갖기 위해서 SMBus accelerator를 사용했다.



2. Human-skin-like pressure sensor



 IR이나 레이저를 이용해서 눌러지는 거리를 측정한 것 같은데 실용화하는덴 문제가 있어보인다.



3. IC-Integrated Flexible Shear-Stress Sensor Skin

IC-Integrated_HH02.pdf