KR101089446B1

KR101089446B1 - Active skin for conformable tactile interace

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Publication number: KR101089446B1
Application number: KR1020100041800A
Authority: KR
Inventors: 최혁렬; 문형필; 구자춘; 노세곤
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2010-05-04
Publication date: 2011-12-07
Also published as: KR20100131349A

Abstract

본 발명에 따른 액티브 스킨은 다수의 센싱 포인트가 형성된 유전 탄성체 재질의 제1 필름과, 상기 센싱 포인트의 상하 양면에 각각 형성된 한 쌍의 제1 전극으로 이루어진 촉각센서 기판;과, 다수의 구동 포인트가 형성된 유전 탄성체 재질의 제2 필름과, 상기 구동 포인트의 상하 양면에 각각 형성된 한 쌍의 제2 전극으로 이루어진 촉각구동기 기판; 및 상기 촉각센서 기판과 촉각구동기 기판 사이에 개재되어 상기 두 개의 기판을 결합시키는 절연층;을 포함하여 이루어지고, 이에 따라 촉각센서와 촉각구동기가 통합됨으로써 마치 인간의 피부와 같이 감각을 느끼는 동시에 근육과 같이 스스로 움직일 수 있는 쌍방향의 촉각 인터페이스 기술을 제공하게 된다.The active skin according to the present invention includes a tactile sensor substrate comprising a first film made of a dielectric elastomer material having a plurality of sensing points, and a pair of first electrodes respectively formed on upper and lower surfaces of the sensing point; A tactile driver substrate comprising a formed second film of dielectric elastic material and a pair of second electrodes respectively formed on upper and lower surfaces of the driving point; And an insulating layer interposed between the tactile sensor substrate and the tactile driver substrate to couple the two substrates, thereby incorporating the tactile sensor and the tactile driver so that the muscle feels like human skin and at the same time. It provides two-way tactile interface technology that can move itself.

Description

Active skin for conformable tactile interace

본 발명은 촉각센서와 촉각구동기가 통합되어 마치 인간의 피부와 같이 감각을 느끼는 동시에 근육과 같이 스스로 움직일 수 있도록 함으로써 쌍방향의 촉각 인터페이스를 구현하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technology for implementing a two-way tactile interface by integrating a tactile sensor and a tactile driver so that the human body can move like a muscle while feeling a sense like a human skin.

그리스어로 "만지다"라는 뜻을 가진 햅틱(haptic)이란 단어에서 유래한 햅틱스(haptics, 촉각학)는 원격지에 있는 로봇이나 가상환경(virtual environment)상의 물체 등을 조작하기 위한 힘과 촉각 정보(haptic information)를 사용자에게 전달하는 기술에 관한 연구를 말한다. 햅틱스는 근감각(kinesthetic feel, 筋感覺)과 촉각(tactile perception, 觸覺)의 두 가지 핵심기술로 구성되는데, 근감각은 근력과 같은 대규모 힘의 전달과 관련된 기술을 말하며, 촉각은 피부에서 느끼는 미세한 감촉이나 힘의 변화와 같은 촉각의 인지와 전달과 관련된 기술을 말한다.Haptics, which are derived from the word haptic, which means "touch" in Greek, are used to control force and tactile information to manipulate robots or objects in a virtual environment. It is a study on technology that delivers haptic information to users. Haptics consists of two key technologies, kinesthetic feel and tactile perception, which are related to the transmission of large-scale forces such as muscle strength. It refers to the technology related to the perception and transmission of the tactile sense, such as minute touch or change of force.

햅틱 인터페이스의 초창기 연구들은 대부분 근감각의 전달과 관련된 포스 피드백(force feedback) 기술을 중심으로 연구되어 왔으며, 현재까지 많은 장치들이 상용화에 이르렀을 정도로 수준 높은 연구가 수행되었다.Most of the earliest studies of haptic interfaces have been focused on force feedback technology related to the transmission of muscle sensations, and so far, a high level of research has been carried out so that many devices have been commercialized.

특히 촉각센싱(tactile sensing)과 촉각제시(觸覺提示, tactile display) 기술을 촉각 인터페이스(tactile interface)기술이라고 한다. 촉각센싱 기술은 비교적 빠르게 상용화의 수준에 접근하고 있으며 최근에 애플사의 아이폰(iPhone)이나 삼성전자의 햅틱폰(Haptic phone) 등으로 대표되는 소형 모바일 기기로 응용분야를 확대하고 있다. 한편 촉각제시기술은 아직까지 초보적인 수준이며 대개의 경우 마우스나, 장애자용 동적점자출력기 등의 용도에 제한적으로 응용이 되고 있는 실정이다.In particular, tactile sensing and tactile display technologies are called tactile interface technologies. Tactile sensing technology is approaching the level of commercialization relatively quickly, and recently, it is expanding its application field to small mobile devices such as Apple's iPhone or Samsung's haptic phone. On the other hand, the tactile display technology is still a rudimentary level, and in most cases, the application is limited to the use of a mouse or a dynamic braille output device for the handicapped.

촉각 인터페이스 기술의 연구가 중요한 이유는, 사람이 정보를 느끼는 과정은 어느 한 가지 감각만으로 결정되는 것이 아니라 오감의 상호작용(Multi-modal Interaction)에 의해 정보를 받아들이기 때문에 촉각 인터페이스 기술은 다른 감각과 함께 원거리 환경 또는 가상 현실자체를 실감나게 만드는 하나의 요소로 이용될 수 있고, 아울러 기존의 감각 표현법을 함께 이용함으로써 촉감 자체를 풍부하게 할 수 있기 때문이다. 따라서 촉감을 느낄 수 있는 게임, 반력을 느낄 수 있는 자동차나 비행기 시뮬레이터, 가상의 환자를 수술하거나 촉진(palpation)해보는 의료용 시뮬레이터나 각종 물리적 특성을 임의로 변경할 수 있는 환자용 재활훈련기기 등에 촉각 인터페이스 기술이 적용될 필요성이 높다.The reason why the study of tactile interface technology is important is that tactile interface technology is different from other senses because the process in which a person feels information is not determined by any one sense but is accepted by multi-modal interaction. This is because it can be used as an element that makes the distant environment or the virtual reality itself come true, and it can enrich the touch itself by using the existing sense expression method together. Therefore, tactile interface technology is applied to games that can feel sensation, cars or airplane simulators that can feel reaction force, medical simulators that operate or promote virtual patients, and patient rehabilitation devices that can arbitrarily change various physical characteristics. Need is high.

한편 촉각 인터페이스 기술의 상용화를 위해서 극복해야할 가장 중요한 기술적 문제점은 촉각자극(tactile stimulation)을 생성하기 위한 구동시스템의 개발에 있다. 즉 구동시스템의 소형화를 통하여 다수의 구동기를 작은 공간에 집적할 수 있어야 한다는 것이다. 기존의 구동시스템들은 매우 단단한 구조를 가지고, 전반적으로 구동기의 성능에 비해 구동기, 전원 및 제어회로가 포함된 전체시스템이 크며, 비교적 구동속도가 느리고 복잡한 설계 메카니즘을 가질 뿐만 아니라 여러 단계의 제작 공정을 필요로 한다는 문제점이 있다.On the other hand, the most important technical problem to overcome for the commercialization of the tactile interface technology is the development of a drive system for generating tactile stimulation (tactile stimulation). In other words, through the miniaturization of the drive system, it is necessary to integrate a plurality of drivers in a small space. Existing drive systems have a very solid structure, and the overall system including the driver, the power supply and the control circuit is larger than the performance of the driver as a whole, and it has a relatively slow driving speed and a complicated design mechanism. There is a problem that it is necessary.

특히 구동기가 단단하다는 점은 인간의 피부나 다양한 상대 물체의 표면에 대하여 적응해야만 그 효용성이 높은 촉각 인터페이스 기술에 가장 치명적인 단점으로 지적된다. 촉각 인터페이스가 가져야 할 유연성(conformability)은 각종 휴대용 기기나 로봇 등의 표면에 내장(embedded)하는 데 필수적인 요소이지만, 현재까지 제시된 구동기 기술에서는 찾아보기 힘들며, 이는 촉각 인터페이스 기술의 가장 큰 기술적 문제점 중의 하나이다.In particular, the rigidity of the actuator is pointed out as the most fatal drawback to the highly effective tactile interface technology only when it is adapted to the surface of human skin or various counterparts. The flexibility of tactile interfaces is essential for embedding them on the surface of various portable devices or robots, but it is hard to find them in the driver technology presented so far, which is one of the biggest technical problems of tactile interface technology. .

그리고, 복잡한 제작공정은 제품의 가격에 가장 큰 영향을 미치는 것이기 때문에 향후 촉각기술의 응용에 또 하나의 장애요인이 될 수 있다. 향후 상용화를 위해서 가격경쟁력이 있는 제작공정을 고려한 기기의 고안 및 설계가 필수적이다.In addition, since the complicated manufacturing process has the greatest influence on the price of the product, it may be another obstacle in the future application of tactile technology. For the future commercialization, the design and design of the device considering the cost-competitive manufacturing process is essential.

아울러 촉각 인터페이스의 필수 요소인 촉각센서를 촉각제시장치에 통합(integration)하는 문제는 새로운 인터페이스 기술의 개발을 위하여 향후 반드시 실현이 되어야 할 중요한 기술적 과제이다. 지금까지의 촉각 디스플레이 장치들은 대부분 핀어레이(Pin-array)방식 등을 통해 단순한 질감 패턴 형성을 통해 기초적인 질감을 전달할 뿐 촉각센서와 구동기가 결합되어 능동적인 피드백(Active feedback)을 전달하는 장치는 찾아보기 힘들다. 센서와 구동기가 결합된 장치는 "촉각에 의한 반응(Response by Touch)"이 가능한 새로운 형태의 촉각 인터페이스의 실현을 가능하게 할 수 있다는 점에서 그 개발의 중요성이 높다.In addition, the problem of integrating the tactile sensor, which is an essential element of the tactile interface, into the tactile display device is an important technical task that must be realized in the future for the development of a new interface technology. Until now, most of the tactile display devices transmit the basic texture by forming a simple texture pattern through a pin-array method, and the device that delivers active feedback by combining the tactile sensor and the driver. Hard to find Devices that combine sensors and actuators are important in the sense that they can enable the realization of a new type of tactile interface capable of "response by touch".

따라서 본 발명은 촉각센서와 촉각구동기가 통합됨으로써 마치 인간의 피부와 같이 감각을 느끼는(skin) 동시에 근육과 같이 스스로 움직일 수 있는(active) 쌍방향의 촉각 인터페이스 기술을 제공함으로써, 촉각에 의한 반응만으로도 입력과Accordingly, the present invention provides a two-way tactile interface technology that is integrated with the tactile sensor and the tactile driver by allowing the skin to feel as if it is a human skin and at the same time as a muscle, thereby providing a tactile response. and

출력의 완성된 인터페이스가 가능하도록 하는 것을 그 목적으로 한다.Its purpose is to enable a complete interface of the output.

아울러 본 발명에 따른 쌍방향의 촉각 인터페이스 기술은 인간의 피부나 다양한 상대 물체의 표면에 대하여 적응할 수 있는 유연성을 가지는 동시에, 그 제작공정이 단순화되고 대면적화하기 용이함에 따라 그 실용성을 높일 수 있도록 하는 것을 또 하나의 목적으로 한다.In addition, the bidirectional tactile interface technology according to the present invention has flexibility to adapt to the surface of human skin or various counterparts, and at the same time, the manufacturing process can be simplified and the large area can be easily increased to increase its practicality. Another purpose.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액티브 스킨은 다수의 센싱 포인트가 형성된 유전 탄성체 재질의 제1 필름과, 상기 센싱 포인트의 상하 양면에 각각 형성된 한 쌍의 제1 전극으로 이루어진 촉각센서 기판;과, 다수의 구동 포인트가 형성된 유전 탄성체 재질의 제2 필름과, 상기 구동 포인트의 상하 양면에 각각 형성된 한 쌍의 제2 전극으로 이루어진 촉각구동기 기판; 및 상기 촉각센서 기판과 촉각구동기 기판 사이에 개재되어 상기 두 개의 기판을 결합시키는 절연층;을 포함하여 이루어진다.An active skin according to the present invention for achieving the above object is a tactile sensor substrate consisting of a first film of a dielectric elastomer material formed with a plurality of sensing points, and a pair of first electrodes respectively formed on upper and lower surfaces of the sensing point. And a tactile driver substrate comprising a second film made of a dielectric elastomer material having a plurality of driving points, and a pair of second electrodes formed on upper and lower surfaces of the driving point, respectively. And an insulating layer interposed between the tactile sensor substrate and the tactile driver substrate to couple the two substrates.

본 발명의 실시예에서 상기 센싱 포인트는 촉각센서 기판의 상측으로 돌출된 센싱 엠보싱이고, 한편 상기 구동 포인트 역시 촉각구동기 기판의 상측으로 돌출된 구동 엠보싱일 수 있다.In the embodiment of the present invention, the sensing point is a sensing embossing protruding to the upper side of the tactile sensor substrate, while the driving point may also be driving embossing protruding to the upper side of the tactile driver substrate.

여기에서 상기 센싱 포인트 및 상기 구동 포인트가 각각 기판의 상측으로 돌출된 엠보싱의 형상을 가지는 경우, 센싱 엠보싱과 구동 엠보싱이 상기 절연층을 사이에 두고 서로 중첩되도록 배치되는 것이 바람직하다.Here, when the sensing point and the driving point each have a shape of embossing protruding upward of the substrate, the sensing embossing and the driving embossing are preferably disposed to overlap each other with the insulating layer interposed therebetween.

여기에서 상기 제1 필름 또는 제2 필름을 이루는 유전 탄성체 재질은 실리콘, 플루오르 탄성중합체, 폴리우레탄 및 이소프렌으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.Here, the dielectric elastomer material constituting the first film or the second film is at least one selected from the group consisting of silicone, fluoroelastomer, polyurethane, and isoprene.

아울러 상기 제1 전극 또는 제2 전극은 카본, 그라파이트 또는 전도성 폴리머로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 재질로 이루어진 연성전극인 것이 바람직하다.In addition, the first electrode or the second electrode is preferably a flexible electrode made of at least one material selected from the group consisting of carbon, graphite or conductive polymer.

또한, 상기 제1전극 또는 제2전극은 투명한 재질인 것을 특징으로 하는 액티브 스킨인 것을 특징으로 한다.In addition, the first electrode or the second electrode is characterized in that the active skin, characterized in that the transparent material.

또한, 상기 제1전극 또는 제2전극은 그라핀(graphene) 재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the first electrode or the second electrode is characterized in that the graphene (graphene) material.

한편, 상기 절연층은 폴리우레탄 등의 투명한 재질로 이루어질 수 있다.On the other hand, the insulating layer may be made of a transparent material such as polyurethane.

또한 상기 촉각센서 기판과 상기 촉각구동기 기판의 노출된 두 개의 외면 중 적어도 어느 한면에 보호막이 결합된 것이 가능하다.In addition, a protective film may be coupled to at least one of two exposed outer surfaces of the tactile sensor substrate and the tactile driver substrate.

특히 본 발명의 액티브 스킨은 상기 촉각센서 기판의 센싱 포인트의 상하 양면에 각각 형성된 한 쌍의 제1 전극과 전기적으로 연결된 촉각센싱회로와, 상기 촉각구동기 기판의 구동 포인트의 상하 양면에 각각 형성된 한 쌍의 제2 전극과 전기적으로 연결된 촉각구동회로를 더 포함하는 이루어질 수 있다.In particular, the active skin of the present invention includes a tactile sensing circuit electrically connected to a pair of first electrodes respectively formed on the upper and lower surfaces of the sensing point of the tactile sensor substrate, and a pair formed on the upper and lower surfaces of the driving point of the tactile driver substrate. It may further comprise a tactile driving circuit electrically connected to the second electrode of the.

이때 상기 촉각센싱회로는 상기 센싱 포인트의 제1 전극과 연결되는 전압측정기와 상기 전압측정기에 의하여 측정된 상기 제1 전극 상의 전압을 디지털 신호로 변환시키는 아날로그-디지털 변환기(ADC) 및 상기 아날로그-디지털 변환기와 인터페이스하는 컴퓨터로 이루어진다.In this case, the tactile sensing circuit includes an analog-to-digital converter (ADC) and the analog-to-digital converter for converting a voltage meter connected to the first electrode of the sensing point and a voltage on the first electrode measured by the voltage meter into a digital signal. It consists of a computer that interfaces with the transducer.

그리고, 상기 촉각구동회로는 컴퓨터로부터 송신되는 명령을 수신하는 콘트롤러와, 상기 컴퓨터의 명령에 따라 구동되는 상기 콘트롤러에 의하여 제어되는 고전압 증폭기와, 상기 고전압 증폭기로부터 출력되는 고전압을 스위칭하여 PWM 신호를 출력하는 스위칭 회로와, 상기 스위칭 회로로부터 분기되어 상기 PWM 신호를 각각 입력받는 제1/제2 스위칭 소자와, 상기 제1/제2 스위칭 소자와 각각 연결된 제1/제2 옵토-커플러를 포함하여 이루어지고, 제1/제2 옵토-커플러의 양단에는 구동전압이 인가되고 상기 각 구동 포인트의 제2 전극은 상기 제2 옵토-커플러의 양단에 연결된다.The tactile driver circuit outputs a PWM signal by switching a controller that receives a command transmitted from a computer, a high voltage amplifier controlled by the controller driven according to the command of the computer, and a high voltage output from the high voltage amplifier. And a first / second switching element branched from the switching circuit to receive the PWM signal, and a first / second opto-coupler connected to the first / second switching element, respectively. The driving voltage is applied to both ends of the first and second opto-couplers, and the second electrode of each driving point is connected to both ends of the second opto-coupler.

여기에서 상기 제1/제2 스위칭 소자는 각각 모스펫(MOSFET) 소자인 것이 바람직하다.Herein, the first / second switching elements are preferably MOSFETs.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 액티브 스킨에 따르면, 촉각센서와 촉각구동기가 통합되어 있기 때문에 마치 인간의 피부와 같이 감각을 느끼는 동시에 근육과 같이 스스로 움직일 수 있는 쌍방향의 촉각 인터페이스 기술을 제공할 수 있으며, 이에 따라 촉각에 의한 반응만으로도 입력과 출력의 완성된 인터페이스가 가능해진다는 효과를 가진다.According to the active skin of the present invention having the configuration as described above, since the tactile sensor and the tactile driver are integrated, it is possible to provide a two-way tactile interface technology that can sense itself like human skin and move itself like muscle. As a result, a complete interface between the input and the output is possible only by the tactile response.

아울러 본 발명에 따른 액티브 스킨은 인간의 피부나 다양한 상대 물체의 표면에 대하여 적응할 수 있는 유연성을 가지는 동시에, 그 제작공정이 단순화되고 대면적화하기 용이함에 따라 그 활용성과 실용성이 높다는 장점을 가진다.In addition, the active skin according to the present invention has the flexibility to adapt to the surface of human skin or various counterparts, and has the advantage of high utility and practicality as the manufacturing process is simplified and easy to large area.

또한, 본 발명에 따른 액티브 스킨은 투명한 재질의 전극을 이용함으로써 인체의 피부를 근접하게 모사할 수 있다.In addition, the active skin according to the present invention can mimic the skin of the human body by using an electrode of a transparent material.

또한, 본 발명에 따른 액티브 스킨은 전극 뿐만 아니라 절연층을 투명한 재질로 형성함으로써 전체를 투명한 형태로서 제품화할 수 있으므로 다양한 어플리케이션에 적용할 수 있다.In addition, the active skin according to the present invention can be applied to a variety of applications because it can be formed in a transparent form as a whole by forming an insulating layer as well as the electrode of a transparent material.

도 1은 본 발명에 따른 액티브 스킨에 대한 분해 사시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액티브 스킨에 대한 분해 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 액티브 스킨에 대한 단면도.
도 4는 본 발명을 구성하는 촉각센싱 기판의 구동원리를 설명하기 위한 개략적인 도면.
도 5는 본 발명을 구성하는 촉각구동기 기판의 구동원리를 설명하기 위한 개략적인 도면.
도 6은 본 발명에 따른 촉각센싱회로에 대한 개략적인 회로 구성도.
도 7은 본 발명에 따른 촉각구동회로에 대한 개략적인 회로 구성도.1 is an exploded perspective view of an active skin according to the present invention
Figure 2 is an exploded perspective view of the active skin according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of the active skin shown in FIG.
Figure 4 is a schematic diagram for explaining the driving principle of the tactile sensing substrate constituting the present invention.
5 is a schematic view for explaining the driving principle of the tactile driver substrate constituting the present invention.
6 is a schematic circuit diagram of a tactile sensing circuit according to the present invention;
7 is a schematic circuit diagram of a tactile drive circuit according to the present invention.

본 발명을 설명하기에 앞서, 본 발명의 쌍방향 촉각 인터페이스 기술을 액티브 스킨으로 명명하기로 한다. 이는 본 발명의 특징이 촉각센서와 촉각구동기가 통합됨으로써 마치 인간의 피부와 같이 감각을 느끼는(skin) 동시에 근육과 같이 스스로 움직일 수 있는(active) 쌍방향의 촉각 인터페이스 기술이라는 것이고, 따라서 그 기술적 특징을 압축적으로 묘사할 수 있는 용어가 바로 액티브 스킨이라 할 수 있기 때문이다.Prior to describing the present invention, the interactive tactile interface technology of the present invention will be referred to as an active skin. It is a feature of the present invention that the tactile sensor and the tactile driver are two-way tactile interface technology that can feel as if it is human skin and at the same time be active as muscle. This term can be described as the active skin.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액티브 스킨(10)의 구성은 크게 촉각센서 기판(100), 촉각구동기 기판(200) 및 절연층(300)으로 이루어진다. As shown in FIG. 1, the active skin 10 according to the present invention includes a tactile sensor substrate 100, a tactile driver substrate 200, and an insulating layer 300.

상기 촉각센서 기판(100)은 다수의 센싱 포인트(110')가 형성된 유전 탄성체 재질의 제1 필름(110)과, 상기 센싱 포인트(110')의 상하 양면에 각각 형성된 한 쌍의 제1 전극(120)으로 이루어지는데, 이러한 구성을 가지는 촉각센서 기판(100)의 센싱 포인트(110')는 하나의 커패시터(capacitor)라 할 수 있다. 다시 말하면, 상기 센싱 포인트(110')의 구조는 절연체의 역할을 하는 유전 탄성체 재질의 제1필름(110)을 사이에 두고 그 양면에 제1 전극(120)이 형성되어 있는 것이기 때문에, 상기 제1 전극(120) 사이에 전류가 공급되어 제1 필름(110)에 전하가 축적됨으로써 커패시터의 기능이 구현될 수 있다.The tactile sensor substrate 100 may include a first film 110 made of a dielectric elastomer material having a plurality of sensing points 110 ′ and a pair of first electrodes formed on upper and lower surfaces of the sensing points 110 ′, respectively. 120, the sensing point 110 ′ of the tactile sensor substrate 100 having such a configuration may be referred to as a capacitor. In other words, the structure of the sensing point 110 ′ is that the first electrode 120 is formed on both surfaces thereof with the first film 110 made of a dielectric elastic material serving as an insulator interposed therebetween. A current may be supplied between the first electrodes 120 to accumulate charge in the first film 110, and thus the function of the capacitor may be implemented.

특히 본 발명의 실시에에 있어서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 센싱 포인트(110')의 형상은 촉각센서 기판(100)의 상측으로 돌출된 엠보싱의 형상을 가질 수 있는데, 센싱 포인트(110')의 형상은 이러한 엠보싱 구조로 제한되지는 않는다. 다만 엠보싱 형상은 사용자가 촉각센서 기판(100)에 형성된 센싱 포인트(110')의 존재를 촉감에 의하여 보다 쉽게 인지할 수 있다는 점에서 유리하다고할 수 있으며, 이하에서는 상기 센싱 포인트(110')가 엠보싱 형상을 가진다는 의미에서 이를 센싱 엠보싱(110')이라 칭하기로 한다.In particular, in the embodiment of the present invention, as shown in Figures 2 and 3, the shape of the sensing point (110 ') may have a shape of embossing protruding to the upper side of the tactile sensor substrate 100, sensing The shape of the point 110 ′ is not limited to this embossing structure. However, the embossed shape may be advantageous in that the user can more easily recognize the presence of the sensing point 110 ′ formed on the tactile sensor substrate 100 by tactile sense. Hereinafter, the sensing point 110 ′ may be used. In the sense of having an embossing shape, it will be referred to as sensing embossing 110 ′.

도 4는 촉각센싱 기판(100)이 촉각센서로서 사용될 수 있는 원리를 설명하는 것이다. 도 4에 나타난 바와 같이, 외부의 힘에 의하여 촉각센서 기판(100)의 볼록한 센싱 엠보싱(110')의 형상에 변화가 발생되면, 이는 센싱 엠보싱(110')의 두께와 표면적의 변화로 이어진다. 널리 알려진 바와 같이, 커패시터의 정전용량은 두 전극 사이의 거리에 반비례하고 면적에 비례하기 때문에, 센싱 엠보싱(110')의 변형은 정전용량의 변화를 야기한다. 따라서 센싱 엠보싱(110')에 형성된 정전용량의 변화를 측정하면 외부로부터 가해진 외력의 유무 및 크기를 감지할 수 있게 되고, 이는 본 발명의 촉각센싱 기판(100)이 촉각센서로서 기능할 수 있음을 의미한다.4 illustrates the principle that the tactile sensing substrate 100 can be used as a tactile sensor. As shown in FIG. 4, if a change occurs in the shape of the convex sensing embossing 110 ′ of the tactile sensor substrate 100 by an external force, this leads to a change in the thickness and surface area of the sensing embossing 110 ′. As is well known, since the capacitance of the capacitor is inversely proportional to the distance between the two electrodes and is proportional to the area, deformation of the sensing embossing 110 ′ causes a change in capacitance. Therefore, by measuring the change in capacitance formed in the sensing embossing (110 ') it is possible to detect the presence and size of the external force applied from the outside, which means that the tactile sensing substrate 100 of the present invention can function as a tactile sensor it means.

본 발명의 촉각센싱 기판(100)에 형성된 다수의 센싱 포인트(110') 각각의 상하 양면에는 쌍을 이루는 제1 전극(120)이 형성되어 있다. 즉 하나의 센싱 포인트(110')가 하나의 커패시터로 기능하는 것이다. 따라서 센싱 포인트(110')의 밀도를 조절함으로써 촉각센서로서의 민감도를 조절할 수 있게 된다.Paired first electrodes 120 are formed on both upper and lower surfaces of each of the plurality of sensing points 110 ′ formed in the tactile sensing substrate 100 of the present invention. That is, one sensing point 110 'functions as one capacitor. Therefore, by adjusting the density of the sensing point (110 ') it is possible to adjust the sensitivity as a tactile sensor.

도 6은 상기 촉각센싱 기판(100)에 형성된 센싱 포인트(110')의 제1전극(120)과 연결되는 촉각센싱회로(500)의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다. 센싱포인트(110')에 작용한 외력에 의하여 그 정전용량이 변화하면 이는 전압의 변화로 이어진다. 따라서 전압의 변화를 전압측정기(510)를 통하여 측정함으로써 간접적으로 정전용량의 변화를 측정할 수 있다. 이러한 전압의 변화는 아날로그-디지털 변환기(ADC)(520)를 거쳐 디지털 신호로 변환되고, 상기 디지털 신호는 컴퓨터(530)의 인터페이스를 통하여 입력 및 출력된다.FIG. 6 schematically illustrates a configuration of the tactile sensing circuit 500 connected to the first electrode 120 of the sensing point 110 ′ formed on the tactile sensing substrate 100. If the capacitance is changed by an external force acting on the sensing point 110 ', this leads to a change in voltage. Therefore, the change in capacitance can be indirectly measured by measuring the change in voltage through the voltage meter 510. This change in voltage is converted into a digital signal via an analog-to-digital converter (ADC) 520, which is input and output via an interface of the computer 530.

여기에서 본 발명에 따른 촉각센싱 기판(100)의 중요한 특징을 말한다면, 촉각센싱 기판(100)을 이루는 모든 구성요소가 유연한 재질로 이루어질 수 있다는 것이다. 즉 상기 제1 필름(110)을 이루는 유전 탄성체 재질은 실리콘, 플루오르 탄성중합체, 폴리우레탄 및 이소프렌으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다. 또한 센싱 엠보싱(110')의 양면에 형성된 한 쌍의 제1전극(120) 역시 연성전극으로 이루어짐으로써 센싱 엠보싱(110')의 움직임을 방해하지 않는 것이 바람직하며, 예를 들어 카본, 그라파이트 또는 전도성 폴리머 등의 재질로 이루어진 파우더 용액을 스프레이하여 형성시키는 것이 가능하다. 따라서 본 발명에 따른 촉각센싱 기판(100)의 유연성은 인간의 피부나 다양한 상대 물체의 표면에 그대로 적응하여 밀착되는 것이 가능하다는 장점을 가진다.Herein, an important feature of the tactile sensing substrate 100 according to the present invention is that all components constituting the tactile sensing substrate 100 may be made of a flexible material. That is, the dielectric elastomer material forming the first film 110 may be formed of at least one selected from the group consisting of silicon, fluoroelastomer, polyurethane, and isoprene. In addition, it is preferable that the pair of first electrodes 120 formed on both sides of the sensing embossing 110 ′ are also made of flexible electrodes so as not to interfere with the movement of the sensing embossing 110 ′, for example, carbon, graphite, or conductivity. It is possible to form by spraying a powder solution made of a material such as a polymer. Therefore, the flexibility of the tactile sensing substrate 100 according to the present invention has the advantage that it can be closely adhered to the surface of human skin or various counterparts as it is.

또한 촉각센싱 기판(100)의 기본구조가 유전 탄성체 재질의 제1 필름(110)을 바탕으로 하기 때문에, 대면적의 촉각센싱 기판(100)을 만드는 것이 용이할 뿐만 아니라 제1 필름(110) 상에 센싱 엠보싱(110')을 형성하고 그 양면에 제1전극(120)을 프린트하는 단순한 공정을 거쳐 완성이 가능하다는 장점을 가진다.In addition, since the basic structure of the tactile sensing substrate 100 is based on the first film 110 made of a dielectric elastomer, it is not only easy to make a large area of the tactile sensing substrate 100, but also on the first film 110. Forming the sensing embossing (110 ') and has the advantage that can be completed through a simple process of printing the first electrode 120 on both sides.

한편, 센싱 엠보싱(110')의 양면에 형성되는 한 쌍의 제1전극(120)은 유연하면서도 투명한(transparent) 재질로 형성될 수 있다. 그 중에서도, 복수개의 탄소원자들이 서로 공유결합으로 연결되어 형성된 폴리시클릭 방향족 분자로서 그라핀(graphene) 재질이 선택될 수 있다. 상술한 그라핀은 상기의 공유결합으로 연결된 탄소원자들이 기본 반복단위로서 6원환을 형성하나, 5원환 및/또는 7원환을 포함할 수도 있다. 이러한 그라핀은 탄소원자가 서로 연결되어 벌집 모양의 평면 구조를 이루는 물질로 구조적, 화학적으로 안정되며, 신축성과 전기적 성질이 우수하다. 따라서, 신축성이 뛰어난 그라핀으로 이루어지는 제1전극(120)을 이용하면, 굴곡을 가지는 형상에도 밀착될 수 있고, 제1필름(110)이 가지는 색상이 투명한 제1전극(120)을 통하여 외부에 표현될 수 있으므로, 본 발명에 따른 촉각센싱 기판(100)이 인체의 피부와 근접한 색상을 가지도록 할 수 있다.Meanwhile, the pair of first electrodes 120 formed on both sides of the sensing embossing 110 ′ may be formed of a flexible and transparent material. Among them, a graphene material may be selected as a polycyclic aromatic molecule formed by coupling a plurality of carbon atoms covalently to each other. In the graphene described above, the carbon atoms linked by the covalent bonds form a 6-membered ring as a basic repeating unit, but may include a 5-membered ring and / or a 7-membered ring. The graphene is a material in which the carbon atoms are connected to each other to form a honeycomb planar structure, which is structurally and chemically stable, and has excellent elasticity and electrical properties. Accordingly, when the first electrode 120 made of graphene having excellent elasticity is used, the first electrode 120 may be in close contact with the curved shape, and the color of the first film 110 may be transparent to the outside through the first electrode 120. Since it can be expressed, the tactile sensing substrate 100 according to the present invention can have a color close to the skin of the human body.

한편 본 발명을 이루는 촉각구동기 기판(200)은 다수의 구동 포인트(210')가 형성된 유전 탄성체 재질의 제2 필름(210)과, 상기 구동 포인트(210')의 상하 양면에 각각 형성된 한 쌍의 제2 전극(220)으로 이루어진다. 이러한 촉각구동기 기판(200)의 기본적인 구조는 촉각센싱 기판(100)과 거의 동일하고, 본 발명의 실시예에 있어서 상기 구동 포인트(210')가 촉각구동기 기판(200)의 상측으로 돌출된 엠보싱의 형상을 가질 수 있다는 것 역시 마찬가지이지만 그 구동원리는 상이하다.Meanwhile, the tactile driver substrate 200 constituting the present invention includes a pair of second films 210 made of a dielectric elastomer material having a plurality of driving points 210 ', and a pair of upper and lower surfaces respectively formed on the driving points 210'. The second electrode 220 is formed. The basic structure of the tactile driver substrate 200 is substantially the same as that of the tactile sensing substrate 100, and in the embodiment of the present invention, the driving point 210 'of the embossing protrudes upward of the tactile driver substrate 200. The same applies to the fact that it can have a shape, but its driving principle is different.

촉각구동기 기판(200)의 구동원리는 일종의 필드-유도 변형으로서, 맥스웰 응력이라고 부르는 정전기력에 의한 압력을 이용하는 것이다. 즉 제2 필름(210)의 양면에 형성된 제2 전극(220)에 전압이 인가되면 유전 탄성체 재질의 제2필름(210)의 두께는 줄어들고 그 면적은 증가하는 수축이 일어난다. 유전 탄성체 필름이 정전기력에 의한 압력에 의하여 필드 방향에 따른 필름의 수축이 일어나는 특성에 관한 내용은, 본 발명자가 기출원하였던 대한민국 공개특허 제2005-91880호를 참조할 수 있다.The driving principle of the tactile driver substrate 200 is a kind of field-induced deformation, which uses pressure by an electrostatic force called Maxwell stress. That is, when voltage is applied to the second electrodes 220 formed on both surfaces of the second film 210, the thickness of the second film 210 of the dielectric elastomer material decreases, and the area thereof shrinks. For the characteristics of the shrinkage of the film along the field direction due to the pressure caused by the electrostatic force of the dielectric elastomer film, reference may be made to Korean Patent Laid-Open Publication No. 2005-91880, to which the inventors have previously filed.

구동 포인트(210')의 형상 역시 엠보싱 구조로 제한되지는 않으며, 이하에서는 상기 구동 포인트(210')가 엠보싱 형상을 가진다는 의미에서 이를 구동 엠보싱(210')이라 칭하기로 한다.The shape of the driving point 210 'is also not limited to the embossing structure. Hereinafter, the driving point 210' will be referred to as driving embossing 210 'in the sense that the driving point 210' has an embossing shape.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각구동기 기판(200)의 동작원리를 설명하는 것인데, 특히 구동 포인트(210')의 형상을 엠보싱 구조로 할 경우, 촉각센싱 기판(100)과 동일한 공정으로 촉각구동기 기판(200)을 제조할 수 있음은 물론 필드-유도 변형에 의한 제2 필름(210)의 수축을 보다 쉽게 구동기의 구동 메카니즘으로 구현할 수 있다는 점에서 바람직하다. 도 5에 도시된 바와 같이 유전 탄성체 재질의 제2 필름(210)에 형성된 볼록한 구동 엠보싱(210')의 상하 양면에 형성된 한 쌍의 제2 전극(220)에 전압이 인가되면, 상기 구동 엠보싱(210')은 전압이 인가되기 이전보다 더욱 볼록해지는 형상으로 변형된다. 그 이유는 구동 엠보싱(210')의 초기 형상이 볼록한 반구와 같은 엠보싱 형상으로 만들어져 있기 때문에, 전압 인가에 따른 제2 필름(210)의 두께 방향의 수축에 의하여 만들어진 면적의 증가가 구동 엠보싱(210')이 밖으로 팽창하는 결과를 가져오기 때문이다. 따라서 상기 촉각구동기 기판(200) 상의 구동 엠보싱(210') 위에 사람의 촉각기관이 접촉하고 있다면, 구동 엠보싱(210')의 팽창에 의하여 촉각기관에 촉각을 제시하는 것이 가능해진다. 이는 본 발명의 촉각구동기 기판(200)이 쌍방향 촉각 인터페이스에 있어서 출력에 해당되는 촉각제시 기능을 수행할 수 있음을 의미한다.5 illustrates an operation principle of the tactile driver substrate 200 according to an embodiment of the present invention. In particular, when the shape of the driving point 210 'is embossed, the same process as the tactile sensing substrate 100 is illustrated. In addition, the tactile driver substrate 200 may be manufactured, and the contraction of the second film 210 due to the field-induced deformation may be more easily implemented as a driving mechanism of the driver. As shown in FIG. 5, when voltage is applied to the pair of second electrodes 220 formed on both upper and lower surfaces of the convex drive embossing 210 ′ formed on the second film 210 of the dielectric elastomer material, the drive embossing ( 210 ') is deformed into a shape that is more convex than before voltage is applied. The reason for this is that since the initial shape of the driving embossing 210 'is made of an embossing shape such as a convex hemisphere, an increase in the area created by shrinkage in the thickness direction of the second film 210 due to voltage application causes the driving embossing 210 to be increased. ') This results in expansion out. Therefore, if the human tactile organ is in contact with the driving embossing 210 'on the tactile driver substrate 200, the tactile organ can be presented to the haptic organ by the expansion of the driving embossing 210'. This means that the tactile driver substrate 200 of the present invention can perform a tactile display function corresponding to an output in the bidirectional tactile interface.

여기에서 본 발명의 촉각구동기 기판(200)에 형성된 다수의 구동 포인트(210') 각각의 상하 양면에는 쌍을 이루는 제2 전극(220)이 형성되어 있다. 즉 하나의 구동 포인트(210')가 독립적인 촉각제시 기능을 수행할 수 있다. 따라서 구동 포인트(210')의 밀도를 조절함으로써 각각의 촉각기관에서 요구하는 역치 이상의 자극을 가할 수 있도록 만드는 것이 가능하다. Here, paired second electrodes 220 are formed on both upper and lower surfaces of each of the plurality of driving points 210 'formed on the tactile driver substrate 200 of the present invention. That is, one driving point 210 ′ may perform an independent tactile presentation function. Therefore, by adjusting the density of the driving point (210 ') it is possible to make it possible to apply a stimulus above the threshold required by each tactile organ.

도 7은 상기 촉각구동기 기판(200)에 형성된 구동 포인트(210')의 제2전극(220)과 연결되는 촉각구동회로(600)의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다. 상기 촉각구동회로(600)는 컴퓨터(610)로부터 송신되는 명령을 수신하는 콘트롤러(620)와, 상기 컴퓨터(610)의 명령에 따라 구동되는 콘트롤러(620)에 의하여 제어되는 고전압 증폭기(630) 및 상기 고전압 증폭기(630)로부터 출력되는 고전압을 스위칭하여 PWM(Pulse Width Modulation) 신호를 출력하는 스위칭 회로(640)를 포함한다.FIG. 7 schematically illustrates a configuration of the tactile driver circuit 600 connected to the second electrode 220 of the driving point 210 ′ formed on the tactile driver substrate 200. The tactile driving circuit 600 includes a controller 620 for receiving a command transmitted from the computer 610, a high voltage amplifier 630 controlled by the controller 620 driven according to the command of the computer 610, and And a switching circuit 640 for outputting a pulse width modulation (PWM) signal by switching a high voltage output from the high voltage amplifier 630.

그리고 상기 스위칭 회로(640)로부터 공급되는 PWM 신호는 제1 스위칭 소자(650) 및 제2 스위칭 소자(650')로 각각 분기되고, 상기 제1/제2 스위칭 소자(650,650') 는 각각 제1 옵토-커플러(660)와 제2 옵토-커플러(660')로 연결된다. 상기 제1/제2옵토-커플러(660,660')는 직렬로 연결되고 그 양단에 구동전압이 인가되며, 본발명의 촉각구동기 기판(200)의 구동 포인트(210')에 형성된 각각의 제2 전극(210')은 상기 제2 옵토-커플러(660')의 양단에 연결된다. 이러한 촉각구동회로(600)에 의하면, 제1/제2 옵토-커플러(660,660')의 구동조합에 의하여 구동 포인트(210')의 동작이 제어된다. 이를 보다 상세히 설명하면, 제1/제2 옵토-커플러(660,660') 모두를 오프하면 구동 포인트(210')는 비동작 상태에 있게 된다. 그리고 제1/제2 옵토-커플러(660,660') 중 어느 하나를 온시키면 동작상태에 있게 되는데, 제1 옵토-커플러(660)만 온시키면 구동 포인트(210')는 활성화 상태에 있게되고 제2 옵토-커플러(660')만 온시키면 구동 포인트(210')는 비활성화 상태에 있게 된다. 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1/제2 스위칭 소자(650,650')는 각각 모스펫(MOSFET) 소자인 것이 바람직하다.The PWM signal supplied from the switching circuit 640 is branched to the first switching element 650 and the second switching element 650 ', respectively, and the first and second switching elements 650 and 650' are each first. Opto-coupler 660 and second opto-coupler 660 ′ are connected. The first and second opto-couplers 660 and 660 'are connected in series and have a driving voltage applied to both ends thereof, and each second electrode formed at the driving point 210' of the tactile driver substrate 200 of the present invention. 210 'is connected to both ends of the second opto-coupler 660'. According to the tactile driving circuit 600, the operation of the driving point 210 ′ is controlled by the driving combination of the first and second opto-couplers 660 and 660 ′. In more detail, when both of the first and second opto-couplers 660 and 660 'are turned off, the driving point 210' is in an inoperative state. If one of the first and second opto-couplers 660 and 660 'is turned on, the driving point 210' is in an activated state when only the first opto-coupler 660 is turned on and the second opto-coupler 660 and 660 'is turned on. Turning on only opto-coupler 660 'will cause drive point 210' to be in an inactive state. In an embodiment of the present invention, the first and second switching elements 650 and 650 'are preferably MOSFETs.

그리고 촉각구동기 기판(200)의 기본적인 구조는 촉각센싱 기판(100)과 거의 동일하기 때문에, 촉각구동기 기판(200)을 이루는 모든 구성요소가 유연한 재질로 이루어질 수 있을 뿐만 아니라 제조공정 상에도 많은 장점이 있다는 것 역시 마찬가지이다. 따라서, 이에 대한 상세한 내용은 앞서 촉각센싱 기판(100)을 설명할 때 언급한 바와 동일하기 때문에 여기에서는 생략하기로 한다.And since the basic structure of the tactile driver substrate 200 is almost the same as the tactile sensing substrate 100, not only all the components constituting the tactile driver substrate 200 can be made of a flexible material, but also many advantages in the manufacturing process. The same is true. Therefore, since the details thereof are the same as those mentioned above when describing the tactile sensing substrate 100, they will be omitted here.

위와 같은 구조를 가지는 촉각센싱 기판(100)과 촉각구동기 기판(200)은 절연층(300)을 매개로 하여 상호 결합된다. 상기 절연층(300)은 서로 밀착되어 결합되는 촉각센싱 기판(100)과 촉각구동기 기판(200) 각각에 형성된 제1 전극(120)과 제2 전극(220) 사이를 절연시키는 기능을 갖는데, 절연성과 유연성을 가지는 재질이라면 그 재질에 특별한 제한은 없다. 만일 상기 절연층(300)을 이루는 재질이 점착성까지 가진다면, 촉각센싱 기판(100)과 촉각구동기 기판(200)을 보다 간단히 결합시킬 수 있다는 점에서 더욱 바람직할 것이다.The tactile sensing substrate 100 and the tactile driver substrate 200 having the above structure are coupled to each other via the insulating layer 300. The insulating layer 300 has a function to insulate between the first electrode 120 and the second electrode 220 formed on each of the tactile sensing substrate 100 and the tactile driver substrate 200 which are in close contact with each other. If the material is flexible and the material is not particularly limited. If the material constituting the insulating layer 300 has adhesiveness, it may be more preferable in that the tactile sensing substrate 100 and the tactile driver substrate 200 can be more simply combined.

또한, 절연층(300)이 상술한 제1전극 또는 제2전극과 같이 투명한 재질로 마련됨으로써 본 실시예의 액티브 스킨 전체를 투명한 재질로 구성할 수도 있다. 본 실시예에서 투명한 절연층(300)으로는 경량으로서 신축성이 우수한 폴리우레탄(polyurethane)이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, the insulating layer 300 may be made of a transparent material, such as the first electrode or the second electrode, so that the entire active skin of the present embodiment may be made of a transparent material. In the present embodiment, as the transparent insulating layer 300, a polyurethane that is excellent in light weight and elasticity may be used, but is not limited thereto.

따라서, 투명한 재질로 형성되는 본 실시예의 액티브 스킨에 의하면, 상술한 것처럼 인간의 피부를 근접하게 모사할 수 있을 뿐 아니라, 휴대폰, 타블렛pc 등의 디스플레이가 구비되는 많은 어플리케이션에 다양한 형태로 적용이 가능하다.Therefore, according to the active skin of the present embodiment formed of a transparent material, not only can closely simulate the human skin as described above, but also can be applied in various forms to many applications equipped with a display such as a mobile phone and a tablet pc. Do.

그리고 상기 센싱 포인트(110') 및 구동 포인트(210')가 모두 기판의 상측으로 돌출된 엠보싱 구조로 이루어진 경우에는, 센싱 엠보싱(110')과 구동 엠보싱(210')이 상기 절연층(300)을 사이에 두고 서로 중첩되도록 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 배치는 도 2 및 도 3에 잘 나타나 있다.When the sensing point 110 ′ and the driving point 210 ′ both have an embossed structure protruding upward from the substrate, the sensing embossing 110 ′ and the driving embossing 210 ′ are formed on the insulating layer 300. It is preferred to be disposed so as to overlap with each other with the gap therebetween. This arrangement is well illustrated in FIGS. 2 and 3.

한편 상기 절연층(300)을 경계로 하여 결합되는 촉각센서 기판(100)과 촉각구동기 기판(200)의 상하 위치는 어떤 조합도 가능하다. 즉, 촉각센싱 기판(100)이 위에 있거나 또는 촉각구동기 기판(200)이 위에 있을 수 있다. 이러한 조합은 촉각 인터페이스의 두 가지 기능인 촉각센싱 또는 촉각제시 중 어느 기능을 보다 효과적으로 구현할지 여부에 의하여 결정된다고 할 수 있는데, 아래에 위치하는 기판은 어떤 물체(예를 들면, 사람의 피부나 로봇의 표면)에 고정되는 부분인 반면 위에 위치하는 기판은 외부로 노출되는 부분이기 때문에, 결국 외부로 노출되는 기판이 가지는 기능이 좀 더 강하게 나타날 것이기 때문이다.Meanwhile, any combination of the upper and lower positions of the tactile sensor substrate 100 and the tactile driver substrate 200 coupled to the insulating layer 300 as a boundary may be performed. That is, the tactile sensing substrate 100 may be above or the tactile driver substrate 200 may be above. This combination is determined by whether the two functions of the tactile interface, tactile sensing or tactile presentation, are implemented more effectively. The substrate underneath is defined by an object (e.g. human skin or robot). This is because the substrate placed on the surface while being fixed to the surface is exposed to the outside, so that the function of the substrate exposed to the outside will be stronger.

아울러 촉각센서 기판(100)과 촉각구동기 기판(200) 및 절연층(300)으로 이루어진 본 발명의 액티브 스킨(10)에 있어서, 상기 촉각센서 기판(100)과 상기 촉각구동기 기판(200)의 노출된 두 개의 외면 중 적어도 어느 한면에는 보호막(400)이 결합될 수 있다. 이는 물론 촉각센서 기판(100) 및/또는 촉각구동기 기판(200)의 표면, 특히 기판의 표면에 형성되어 있는 전극(120,220)을 보호하기 위한 것이다. 상기 보호막(400)의 재질에 특별한 제한이 있는 것은 아니지만, 전극(120,220)에 인가되는 전류의 누전을 방지하기 위한 절연성과 함께 유연한 액티브 스킨(10)의 특성을 유지하기 위한 유연성을 가지는 것이 더욱 바람직하다.In addition, in the active skin 10 of the present invention including the tactile sensor substrate 100, the tactile driver substrate 200, and the insulating layer 300, the tactile sensor substrate 100 and the tactile driver substrate 200 are exposed. The passivation layer 400 may be coupled to at least one of the two outer surfaces. This is of course to protect the electrodes 120, 220 formed on the surface of the tactile sensor substrate 100 and / or the tactile driver substrate 200, in particular on the surface of the substrate. Although there is no particular limitation on the material of the passivation layer 400, it is more preferable to have flexibility for maintaining the characteristics of the flexible active skin 10 together with insulation to prevent leakage of current applied to the electrodes 120 and 220. Do.

이상 본 발명을 특정의 실시형태와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의하여 나타난 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것은, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.While the invention has been illustrated and described in connection with specific embodiments, it will be understood that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Anyone who owns it can easily find out.

10: 액티브 스킨
100: 촉각센싱 기판 110: 제1 필름
110': 센싱 포인트(센싱 엠보싱) 120: 제1 전극
200: 촉각구동기 기판 210: 제2 필름
210': 구동 포인트(구동 엠보싱) 220: 제2 전극
300: 절연층 400: 보호막
500: 촉각센싱회로 510: 전압측정기
520: 아날로그-디지털 변환기 530,610: 컴퓨터
620: 콘트롤러 630: 고전압 증폭기
640: 스위칭 회로 650: 제1스위칭 소자
650': 제2 스위칭 소자 660: 제1 옵토-커플러
660': 제2 옵토-커플러10: active skin
100: tactile sensing substrate 110: first film
110 ′: sensing point (sensing embossing) 120: first electrode
200: tactile driver substrate 210: second film
210 ': driving point (drive embossing) 220: second electrode
300: insulating layer 400: protective film
500: tactile sensing circuit 510: voltage measuring instrument
520: analog-to-digital converter 530,610: computer
620: controller 630: high voltage amplifier
640: switching circuit 650: first switching element
650 ': second switching element 660: first opto-coupler
660 ': second opto-coupler

Claims

A tactile sensor substrate comprising a first film made of a dielectric elastic material having a plurality of sensing points and a pair of first electrodes respectively formed on upper and lower surfaces of the sensing point;
A tactile driver substrate comprising a second film of dielectric elastomer material having a plurality of driving points and a pair of second electrodes respectively formed on upper and lower surfaces of the driving point; and
An insulating layer interposed between the tactile sensor substrate and the tactile driver substrate to couple the two substrates; Active skin comprising a.

The method of claim 1,
And the sensing point is a sensing embossing protruding upward of the tactile sensor substrate.

The method of claim 1,
And the driving point is driving embossing protruding upward of the tactile driver substrate.

The method of claim 1,
The sensing point is a sensing embossing protruding upward of the tactile sensor substrate, the driving point is a driving embossing protruding upward of the tactile driver substrate, and the sensing embossing and the driving embossing are disposed to overlap each other with the insulating layer interposed therebetween. Active skin characterized in that it became.

The method of claim 1,
The dielectric elastomer material constituting the first film or the second film is at least one selected from the group consisting of silicone, fluoroelastomer, polyurethane, and isoprene.

The method of claim 1,
The first electrode or the second electrode is an active skin, characterized in that the flexible electrode made of at least one material selected from the group consisting of carbon, graphite or conductive polymer.

The method of claim 1,
The first electrode or the second electrode is an active skin, characterized in that the transparent material.

The method of claim 7, wherein
The first electrode or the second electrode is an active skin, characterized in that made of graphene (graphene) material.

The method of claim 1,
The insulating layer is an active skin, characterized in that made of a transparent material.

10. The method of claim 9,
The insulating layer is an active skin, characterized in that the polyurethane.

The method of claim 1,
And a protective film coupled to at least one of two exposed outer surfaces of the tactile sensor substrate and the tactile driver substrate.

The method of claim 1,
A tactile sensing circuit electrically connected to a pair of first electrodes formed on upper and lower surfaces of the sensing point of the tactile sensor substrate, and a pair of second electrodes formed on upper and lower surfaces of the driving point of the tactile driver substrate, respectively. The active skin further comprises a tactile driving circuit connected.

The method of claim 12,
The tactile sensing circuit includes an analog-to-digital converter (ADC) and the analog-to-digital converter for converting a voltage meter connected to a first electrode of the sensing point and a voltage on the first electrode measured by the voltage meter into a digital signal. An active skin, characterized in that consisting of a computer to interface with.

The method of claim 12,
The tactile driver circuit is a switching unit for outputting a PWM signal by switching a controller for receiving a command transmitted from a computer, a high voltage amplifier controlled by the controller driven according to the command of the computer, and a high voltage output from the high voltage amplifier. A circuit, a first / second switching element branched from the switching circuit to receive the PWM signal, and a first / second opto-coupler connected to the first / second switching element, respectively, A driving voltage is applied to both ends of the first and second opto-couplers, and the second electrode of each driving point is connected to both ends of the second opto-coupler.

The method of claim 14,
And said first and second switching elements are MOSFETs, respectively.