비 접촉 사물감지 센서 필름

화동과기대(ECUST) 연구진은 실제로 물체와 접촉하지 않고도 근처 물체의 움직임을 감지할 수 있는 새로운 소재를 사용해 유연한 필름을 개발했다. 팀은 인간의 눈 깜박임을 추적할 수 있는 안경 기술을 시연했다.

인간의 피부는 다른 물체와 직접 접촉하지 않더라도 다른 물체의 존재를 느낄 수 있는 타고난 능력을 가지고 있다. 연구원들은 차량 근접 알림 시스템과 같은 비접촉 센서에 이러한 기능을 복제하려고 시도했다.

이러한 센서의 또 다른 잠재적 응용 분야는 스마트폰과 같은 소형 장치를 향상시키는 것이다. 정전기를 감지할 수 있는 비접촉 센서는 작은 움직임도 감지할 수 있으며 심지어 더 많은 수의 손가락 동작도 인식할 수 있다. 그러나 이러한 센서를 제작하려는 시도는 기대에 미치지 못했다.

비접촉 센서 문제

지금까지 개발된 비접촉 센서의 한계는 보유할 수 있는 전하량부터 감지할 수 있는 물체의 유형까지 다양하다. 게다가 제작도 쉽지 않다.

ECUST의 연구원인 왕 이미밍(Yiming Wang)은 “비접촉 센서를 제작할 때 어려운 점은 일렉트릿 재료 선택과 센서 구조 설계이다.”라고 말했다.

일렉트릿은 전기적으로 충전되어 자석에 의해 생성되는 자기장과 유사한 외부 정전기장을 생성하는 재료이다.

왕은 "현재 개발된 대부분의 비접촉 센서는 마찰로 충전되며 몇 시간 내에 충전이 사라진다"고 덧붙였다.

일렉트릿 재료는 자연적으로 생성될 수도 있고 합성으로 생성될 수도 있다. 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)는 일렉트릿의 일반적인 예이다. 이미지 출처: RecycleMan/iStock

새로운 일렉트릿 소재

Xunlin Qiu, Fuzhen Xuan 및 ECUST의 다른 연구원들과 함께 왕은 불소화 에틸렌 프로필렌(FEP)이 상단 감지 층을 만드는 3부분 시스템을 사용하여 새로운 일렉트릿 재료를 제작했다. 전기 전도성 필름과 유연한 플라스틱 베이스가 재료의 중간층과 바닥층을 구성했다.

그런 다음 그들은 상업적으로 이용 가능한 편광 장비로 재료를 충전하고 근접 감지 능력을 테스트했다. 물체가 FEP 표면에 가까워질수록 정전기로 인해 센서에 전류가 흐르게 되어 물체를 건드리지 않고도 감지할 수 있다.

보도 자료에 따르면 연구원들은 실험에서 센서의 2~20mm 내에 있는 유리, 고무, 종이, 알루미늄으로 만들어진 물체를 성공적으로 감지했다.

연구원들은 또한 센서가 충전량 손실 없이 2시간 만에 3,000번의 접근-후퇴 주기를 거쳤음을 입증했다. 왕은 이를 "작업 시간을 극적으로 연장"하는 높은 전하 유지 능력을 가진 FEP에 기인한다.

감지 필름의 실제 적용을 입증하기 위해 연구원들은 이를 안경 렌즈 안쪽에 배치했다. 센서는 착용자의 속눈썹을 감지하는 임무를 맡았다. 사용자가 모스 부호로 E-C-U-S-T 문자를 깜박이면 센서가 이를 성공적으로 감지했다.

연구원들은 그들의 기술이 말을 할 수 없는 사람들이 의사소통을 하고 심지어 운전 중 운전자의 졸음을 감지하는 데 도움이 되기를 희망한다.

연구원들이 센서가 개선될 수 있다고 생각하는 영역은 투명성이다. “현재 우리가 사용하는 ITO 전도성 층은 센서의 투명도를 약간 감소시켰다. 다음으로, 더 높은 투명성을 지닌 전도성 재료가 절실히 요구될 것이다.”고 왕은 결론지었다.