KIC News, Volume 24, No. 1, 2021
KIC News, Volume 24, No. 1, 2021 45
코넬대: 전자기력과 습기에 영향 받지 않고 빛과 색상을 사용해 변형과 힘을 감지하는 신축성 있는 광섬유 센서 개발-신축성 있는
광섬유 센서가 장착된 장갑의 스포츠 의학에 사용
웨어러블 전자 장치에 통합해 움직임을 측정할 수 있는 신축성 있는 고무로 만든 광섬유 센서를 개발했 다. 센서 개발 팀을 이끌었던 코넬대의 연질 재료 전문가인 Robert F. Shepherd 교수는 “동작 관련 한 힘 을 측정할 수 없는 기존 웨어러블 감지 기술과 달리 본 연구는 스트레칭, 굽힘 및 누르는 동작의 힘을 정량 화할 수 있다.”며, “본 센서는 반복적인 스트레스 부상이 발생 가능성이 있는 위치와 같은 유용한 정보를 제공할 수 있으므로 스포츠 의학 및 물리 치료 위한 데이터 수집에 사용 가능하다.”고 했다.
실제로 전기 저항 및 전하 변화를 감지해 작동하는 신축성 힘 센서는 이미 존재한다. 그러나 Shepherd 교수는 “본 센서의 장점은 광학 장치”라며 “전자 대신 광자를 사용하면 완전히 다른 재료가 되므로 고무에 전도성 입자를 넣지 않고 고무만 사용해 센서가 전자기 간섭 및 습기에 영향을 받지 않도록 해야 한다”고 했다. 실제 Shepherd 연구팀의 센서는 실리콘 케이스에 함께 포장된 두 개의 폴리우레탄 코어로 만들어지 며, 하나의 코어에는 유색 유기 염료가 포함된 영역이 있다(Science, 2020, DOI: 10.1126/science.aba 5504). 센서를 늘리거나 구부리거나 누르는 것은 센서를 통과하는 빛의 강도와 색상을 변경해 센서의 변형 과 그 힘을 나타낸다. 이러한 원리를 기반으로 연구팀은 광섬유 센서가 장착된 장갑을 제조, 패스트볼을 던 질 때 투수의 손이 경험하는 힘을 추적하는 데 사용할 수도 있다.
스탠포드 대학의 웨어러블 전자 공학 전문가 Zhenan Bao 교수는 “본 연구가 소프트 로봇 공학용광섬유 기반 센서의 큰 발전”이라며, “다른 색상을 사용해 다 른 위치에서 정보를 읽는 것은 매우 창의 적인 아이디어”라고 평했다.
연구성과는 AAAS 출판 그룹의 Science 온라인판에 게재되었다(Science, 2020, DOI: 10.1126/science. aba5504).
출처: Chemical & Engineering News (No- vember 12, 2020) (https://cen.acs.org/
materials/photonics/Stretchable-fiber -optic-sensors-use/98/i44)
작성: 손 희 상 (광운대학교)
Figure. SLIMS (stretchable lightguide for multimodal sensing): 통합 된 소프트 장갑과 다관절 굽힘. (A) LED 광원 및 전자 모듈의 SLIMS 통합 소프트 장갑의 이미지. (B) 다섯 가지 다 관절 굽힘 구성에서 두 코어의 실시간 정규화된 강도 데이터. (C) 다 관절 밴드 디커플링을 위 한 벡터 합계 모델. (D) 단일 관절 굽힘 측정. (E) 이관절 굽힘 측정.
(F) 삼관절 굽힘 측정. (G) 벡터 합 모델을 사용해 재구성한 실시간 다 관절 굽힘.
