특허 개요
본 특허는 전기 신호로 표면의 원하는 위치를 돌출시켜 촉각 형상을 만들고, 사용자 입력에 진동으로 반응하는 국부제어-입출력형 유연 햅틱 구동기입니다. 전기활성고분자막과 패턴화된 전극, 유전성유체, 유연전극으로 구성된 유연구동부에서 선택한 전극에 전압을 인가하면 전기적 지핑(electrical zipping)이 전파됩니다. 이때 유전성유체가 비인가 영역으로 이동해 유압을 만들고, 막의 복원력·유체 압력·정전기력의 평형으로 국부 돌출 형상이 재구성됩니다. 하부 센싱부는 터치·누름·제스처를 인식하며, 센싱신호에 따라 구동 전압 주파수를 조절해 진동 피드백을 제공합니다.
- 핵심 기능
패턴화된 전극 중 선택한 영역에 전압을 인가하면 초기 간격이 작은 영역에서 전기적 지핑이 시작되고, 유전성유체가 비인가 영역으로 이동하면서 막을 국부적으로 인장합니다. 전극의 개수·형상·배치와 인가 조합을 바꾸어 돌출 위치와 형상을 재구성하고, 센싱신호에 연동해 진동 피드백을 제어합니다.
- 차별 강점
기존의 선형액추에이터 어레이 방식은 국부 형상제어가 가능하지만 다수 구동기의 격자 배치로 인해 장치 소형화에 한계가 있었습니다. 본 특허는 패턴화된 복수 전극의 선택 제어와 유전성유체의 평면상 이동을 결합하여, 하나의 유연구동부에서 형상 재구성과 입력 인식·진동 피드백을 통합합니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 촉각 사용자 인터페이스, 가변형 물리 버튼, 햅틱 디바이스, 터치·제스처 입력 장치, 동적 형상 출력 인터페이스에 활용 가능하며, 전극 배열과 제어 방식 설계 연구로 확장할 수 있습니다. 사업 측면에서는 차량·가전 조작 패널, 웨어러블 인터페이스, 접근성 보조기기, 교육·전시용 촉각 디스플레이, 로봇 조작 인터페이스로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
복수의 패턴화된 전극을 독립적으로 제어하여 유전성유체의 응집·분할 위치를 바꾸고, 여러 입체 형상을 재구성하는 동작 예가 제시되었습니다. 터치·누름 입력의 센싱과 입력 연동 진동 피드백 기능도 제시되었으나, 반복 구동 내구성, 실제 사용자 촉각 성능, 제품 환경 신뢰성에 대한 정량 검증은 기재되어 있지 않습니다.
- 구동 구조: 전기활성고분자막·패턴화된 전극·유전성유체·유연전극으로 구성된 유연구동부
- 전극 구성: 9개 패턴화 전극의 순차 제어 및 인가 위치 변경
- 입력 연동: 터치·누름·제스처 센싱신호에 따른 구동 전압 주파수 조절
현재 성과
9개 전극을 순차적으로 제어하고 각 단계 지속시간을 해당 조건으로 설정하는 동작 예가 제시되었습니다. 유전성유체를 평면상으로 이동시켜 시계방향 촉각 피드백을 제공하는 구성이며, 실제 응답속도와 촉각 강도는 적용 제품의 조건에서 확인이 필요합니다.
9개 패턴화 전극을 대상으로 인가·비인가 위치를 변경하여 유전성유체를 여러 위치에 동시에 응집시키고, 이후 응집 형상으로 재구성하는 실시예가 제시되었습니다. 개별 전극의 독립 제어를 통해 유체의 분할과 응집 위치를 바꾸는 검증 방식입니다.
기존 선형액추에이터 어레이는 다수 구동기를 격자로 배치해 국부 형상을 제어하므로 소형화에 한계가 있었습니다. 본 특허는 패턴화 전극의 국부 제어, 유전성유체 이동에 따른 형상 재구성, 센싱 및 진동 피드백을 하나의 유연 구조에 통합한 점이 차별성입니다.
상용화까지 남은 부분
반복 구동 내구성, 응답속도, 구동전압 및 소비전력의 정량 검증
대면적 전극 배열과 유전성유체 구동 구조의 구현성 및 제조 공정 검증
실제 사용자 대상 촉각 인지 성능과 제품 환경에서의 신뢰성 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
국부제어-입출력형 유연 햅틱 구동기
10-2022-0168306 (2022.01.01)
미등록 (심사 중)
경기욱, 장승연, 김현우, 조민재, 김민기
한국과학기술원