특허 개요
본 특허는 빛의 변화로 압력을 측정하는 광섬유 기반 유연 압력 센서입니다. 광섬유의 곡선부를 몸체부와 고굴절률 변형부 사이에 배치하고, 외부 압력으로 변형부가 곡선부에 접촉하면 빛 일부가 변형부로 탈출하도록 설계합니다. 검출부는 압력이 없는 상태의 기준 광량과 접촉 후 광량의 광손실비를 비교해 압력 크기를 산출하며, 복수 곡선부 또는 교차 광섬유 배열로 압력 위치 정보도 획득할 수 있습니다.
- 핵심 기능
광원부가 광섬유에 빛을 공급하고, 외부 압력에 따라 고굴절률 변형부가 광섬유 곡선부에 접촉하면 일부 빛이 광섬유 밖으로 탈출합니다. 검출부는 기준 광량과 접촉 광량의 손실비를 비교해 압력 데이터를 산출하며, 복수 광섬유를 배열하면 압력의 위치와 크기 정보를 함께 제공할 수 있습니다.
- 차별 강점
기존 착용형 압력센서는 적은 힘 범위에서의 높은 감도, 피부의 털·땀 등 외부 환경 영향, 의복 내장성과 유연성을 함께 확보해야 하는 과제가 있습니다. 본 특허는 광섬유 자체를 직접 변형시키기보다 고굴절률 변형부와 곡선부의 압력 접촉에 따른 광손실을 이용해 압력을 검출하므로, 전자기 간섭 영향을 줄이고 광섬유의 직접 변형을 완화하는 구조를 제시합니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 광섬유 센싱, 유연 전자소자, 인공피부, 의복형 생체신호 측정, FMG 기반 사용자 의도인식 분야에 활용 가능하며, 다점 압력 위치·크기 센싱으로 확장할 수 있습니다. 사업 측면에서는 심장 박동·맥박 측정 의류, 손목 착용형 기기, 재활·운동 모니터링 제품, 신체 접촉형 인터페이스 및 압력 분포 측정 웨어러블 디바이스로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
압력이 가해져 고굴절률 변형부와 광섬유 곡선부가 접촉하면 빛 일부가 탈출하고, 기준 광량 대비 손실비로 압력 크기를 산출하는 동작 원리가 개시되었습니다. 복수 곡선부와 광섬유 배열을 통한 위치·크기 정보 획득, 의복 또는 손목 착용 위치에서의 맥박 산출 구성이 제시되었으나 정량 성능과 실사용 검증은 제시되지 않았습니다.
- 센서 구조: 코어·클래딩 광섬유, 고굴절률 변형부, 몸체부, 광원부 및 검출부
- 감지 조건: 외부 압력에 의해 변형부와 광섬유 곡선부가 접촉
- 웨어러블 적용: 의복의 심장 대응 위치 또는 손목시계의 손목 대응 위치에서 압력 데이터 측정
현재 성과
외부 압력으로 고굴절률 변형부가 광섬유 곡선부에 접촉하면 일부 빛이 변형부를 통해 탈출합니다. 검출부는 압력이 없는 상태의 기준 광량과 접촉 후 광량의 손실비를 비교해 압력 크기를 산출합니다. 실제 압력 감도와 측정 범위는 PoC에서 확인이 필요합니다.
명세서에는 복수 곡선부, 서로 다른 곡률의 곡선부, 평행 또는 교차 방향의 복수 광섬유 배열을 적용하는 구성이 개시되어 있습니다. 이를 통해 압력이 가해진 위치의 행렬 좌표정보와 압력 크기 정보를 획득하는 방식을 제시합니다. 반복 측정 정확도와 배열 센서의 제조 재현성은 추가 검증이 필요합니다.
기존 착용형 압력센서에는 작은 압력 범위의 감도, 피부 환경 영향 대응, 의복 내장성 확보가 요구됩니다. 본 특허는 클래딩보다 큰 굴절률의 변형부가 탈출 임계 곡률보다 작은 광섬유 곡선부에 접촉할 때 발생하는 광손실비를 이용합니다. 광섬유의 직접 변형을 줄이면서 광학 신호로 압력을 산출하는 구조가 핵심 차별점입니다.
상용화까지 남은 부분
실제 압력 감도, 측정 범위, 응답시간 및 반복 내구성의 정량 성능 검증
땀·털·피부 움직임 등 장기 착용 환경에서의 센싱 안정성과 신뢰성 검증
대면적 직조·행렬 센서의 제조 재현성 및 웨어러블 제품 수준의 실사용 검증
기술 이전 형태·도입 과정
도입은 이렇게 진행됩니다.
검토 미팅
귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.
PoC 공동 검증
연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.
라이센싱 계약
PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.
기술지도·후속
도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.
특허 정보
센서, 센서의 동작 방법, 및 웨어러블 디바이스
SENSOR, METHOD FOR OPERATING SENSOR AND WEARABLE DEVICE
10-2024-0198440 (2024.12.27)
1020260104639 (2026.07.06)
미등록 (심사 중)
한국과학기술원