손끝 움직임 인식과 질감 표현이 가능한 촉각정보 입출력장치

윤세찬(Sechan Youn),조영호(Young-Ho Cho) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集B Vol.37 No.6

본 논문은 정전기력을 이용한 마찰력 변조를 이용하여 손끝을 통한 촉각정보의 입출력을 동시 구현하는 소자를 제안하였다. 기존의 촉각소자들이 촉각정보의 입력 및 출력을 개별적으로 구현한 것에 비해 본 연구는 손끝의 수직/수평 방향 동작 인식과 질감 구현을 동시에 구현하였다는 점에서 차별성을 가진다. 실험분석을 통해 검증한 손끝 동작 인식기능은 수직방향의 클릭의 경우 0.146nF/40μm, 수평방향의 경우 0.09nF/750μm의 정전용량 변화를 통해 인식 가능하였으며, 질감 구현의 경우 정전기적 인력을 통해 마찰력을 32~152mN의 범위에서 제어할 수 있음을 확인하였다. 교류전압을 이용한 수평적 진동은 60V, 3Hz에서 최대 128.1mN의 마찰력 변조를 구현하였으며, 이는 기존 연구 대비 32% 향상을 보여준다. 본 연구는 손끝에서 정보의 입출력을 동시 구현하여 정보기기의 촉각인터페이스에 적용 가능하다. We present a tactile information transceiver using a friction-tunable slider-pad. While previous tactile information devices were focused on either input or output functions, the present device offers lateral position/vertical direction detection and texture expression. In characterizing the tactile input performance, we measured the capacitance change due to the displacement of the slider-pad. The measured difference for a z-axis click was 0.146 nF/40 μm when the x-y axis navigation showed 0.09 nF/750 μm difference. In characterizing the texture expression, we measured the lateral force due to a normal load. We applied a voltage between parallel electrodes to induce electrostatic attraction in DC and AC voltages. We measured the friction under identical fingertip action conditions, and obtained friction in the range of 32?152 mN and lateral vibration in the force range of 128.1 mN at 60 V, 2 Hz. The proposed device can be applied to integrated tactile interface devices for mobile appliances.

미소유로의 길이에 따른 통과세포의 파괴율을 바탕으로 한 생체모사 세포 변형성 검사칩에 관한 연구

윤세찬(Sechan Youn),이동우(Dong Woo Lee),조영호(Young-Ho Cho) 대한기계학회 2008 大韓機械學會論文集A Vol.32 No.10

We present a novel cell deformability monitoring chip based on the digitally measured cell lysis rate which is dependent on the areal strain of the cell membrane. This method offers simple cell deformability monitoring by automated high-throughput testing system. We suggest the filter design considering the areal strain imposed on the cell membrane passing through the filter array having gradually increased orifice length. In the experiment using erythrocytes, we characterized the cell deformability in terms of average fracture areal strain which was 0.24±0.014 and 0.21±0.002 for normal and chemically treated erythrocytes, respectively. We also verified that the areal strain of 0.15 effectively discriminates the deformability difference of normal and chemically treated erythrocytes, which can be applied to the clinical situation. We compared the lysis rates and their difference for the samples from different donors and found that the present chips can be commonly used without any calibration process. The experimental results demonstrate the simple structure and high performance of the present cell deformability monitoring chips, applicable to simple and cost-effective cell aging process monitoring.

UV경화성 폴리머를 이용한 미소유체 통합접속 벤치 개발 및 전기/유체적 특성평가

윤세찬(Sechan Youn),진영현(Young-Hyun Jin),조영호(Young-Ho Cho) 대한기계학회 2012 大韓機械學會論文集A Vol.36 No.5

본 논문은 고차가지구조 폴리머인 AEO3000 를 이용한 UV 광경화 성형 공정을 제안하고자 한다. 이는 기존의 바이오칩 제작에 사용되는 PDMS 보다 경도가 높아 금속 전극 형성이 용이하고 제작 공정이 빠르다는 장점을 갖는다. AEO3000 을 이용하여 본 연구에서는 4개의 소자를 전기적·유체적으로 연결할 수 있는 전기유체 통합벤치를 제작하고 미소유체 혼합소자와 세포분리소자를 연결, 본 소재와 공정이 바이오칩에 적용될 수 있음을 검증하였다. 전기 유체적 특성 분석 결과 전기적 접촉 저항은 0.75±0.44F 으로 충분히 작은 값을 보였으며, 유체 접속의 압력 저하는 8.3kPa로 기존의 튜브 연결 방법 대비 39.3% 개선된 값을 보였다. 통합벤치에 접속된 소자에 활성 및 비활성 효모를 주입하여 순차적인 혼합 및 재분리를 성공적으로 구현함으로써 본 소자에 적용된 AEO3000 및 UV 광경화 공정이 생체시료의 처리에 적용될 수 있음을 실험적으로 검증하였다. 이는 바이오 의료 분야에 적용 가능한 생체 친화적 소재의 고속 생산에 응용될 수 있다. We present a novel polymer fabrication process involving direct UV patterning of a hyperbranched polymer, AEO3000. Compared to PDMS, which is the most widely used polymer in bioMEMS devices, the present polymer has advantages with regard to electrode integration and fast fabrication. We designed a four-chip microelectrofluidic bench having three electrical pads and two fluidic I/O ports. We integrated a microfluidic mixer and a cell separator on the bench to characterize the interconnection performance and sample manipulation. Electrical and fluidic characterization of the microfluidic bench was performed. The measured electrical contact resistance was 0.75 ± 0.44 F, which is small enough for electrical applications, and the pressure drop was 8.3 kPa, which was 39.3% of the value in the tubing method. By performing yeast mixing and a separation test in the integrated module on the bench, we successfully showed that the interconnected chips could be used for bio-sample manipulation.

접촉력 보정이 가능한 열적 방식의 혈류량 측정기

심재경(Jai Kyoung Sim),윤세찬(Sechan Youn),조영호(Young-Ho Cho) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集B Vol.37 No.3

본 논문은 접촉력 보정이 가능한 혈류량 측정기를 제안한다. 기존 혈류량 측정기는 접촉력의 영향을 최소화하기 위해 혈류량 센서를 피부에 고정했으나 이런 점은 전자기기에 적용이 용이하지 않다는 단점이 있다. 이에 본 연구에서는 혈류량 센서에 힘 센서를 집적하여 혈류량과 접촉력의 동시 측정을 통해 접촉력에 따른 혈류량 변화 오차를 보정하여 접촉력에 무관한 혈류량 측정이 가능한 소자 및 방법을 제안한다. 제작된 혈류량 측정기의 성능 분석 결과, 접촉력에 따른 혈류량 변화는 31.7%/N 의 선형적 감소경향임을 확인하였고, 이를 이용하여 접촉력에 따른 혈류량 오차를 보정한 결과, 접촉력 1~3N에서 최대 편차가 9.8%로 나타나 다른 접촉력 조건에서도 일정한 혈류량 측정이 가능함을 보였다. 제안한 소자는 접촉력에 무관하게 정확한 혈류량을 측정할 수 있어, 접촉 가능한 전자기기에의 적용이 용이하다. This paper proposes a thermal peripheral blood flowmeter integrated with a force sensor that is capable of contact force compensation. We fabricate this blood flowmeter using a nickel RTD (resistance temperature detector) and piezoresistive force sensor by using microfabrication technology. In an experiment, we obtained a decreasing trend for the blood flow under an increasing contact force with a linear tendency of 31.7%/N. We then performed a compensation process based on this obtained trend. As a result, the maximum variance in the blood flow at 1-3N was 9.8%. Thus we achieved consistent blood flow measurement independent of the contact force. In this work, we verified that the thermal blood flowmeter integrated with a force sensor has the ability to accurately measure the blood flow independent of the contact force.

알루미늄 박판의 다단 전해식각 공정을 이용한 3 차원 마이크로 구조물의 제작

김윤지(Yoonji Kim),윤세찬(Sechan Youn),한원(Won Han),조영호(Young-Ho Cho),박호준(HoJoon Park),장병규(ByeungGyu Chang),오용수(YongSoo Oh) 대한기계학회 2010 大韓機械學會論文集A Vol.34 No.12

본 논문에서는 알루미늄 박판의 다단 전해식각을 공정을 이용한 3 차원 마이크로 구조물 제작방법을 제안한다. 본 공정은 기존 전해가공 공정들에 비해 3 차원 구조물의 대량생산이 용이하며, 기존 3 차원 마이크로 금속 구조물의 제작을 위한 다단 도금방법에 비해 간단하고, 경제적일 뿐만 아니라, 성형된 금속 박판을 이용하므로 구조물의 물성이 안정적이다. 본 논문에서는 단일 전해식각 공정을 통한 2 차원 외팔보 열과 다단 전해식각 공정을 통한 3 차원 마이크로 구조물의 제작을 수행하였다. 단일 전해식각 공정에서 평균 수직방향 식각률 1.50±0.10 ㎛/min 와 평균 수평방향 식각률 0.77±0.03 ㎛/min 을 얻었으며, 이를 이용한 3 차원 마이크로 구조물을 제작한 결과, 수직방향으로 15.5±5.8 %, 수평방향으로 3.3±0.9 % 의 제작오차와 37.4±9.6 ㎚ 의 표면조도를 보였다. We present a simple, cost-effective, and fast fabrication process for three-dimensional (3D) microstructures; this process is based on multi-step electrochemical etching of metal foils which facilitates the mass production of 3D microstructures. Compared to electroplating, this process maintains uniform and well-controlled material properties of the microstructure. In the experimental study, we perform single-step electrochemical etching of aluminum foils for the fabrication of 2D cantilever arrays. In the single-step etching, the depth etch rate and bias etch rate are measured as 1.50 ±0.10 ㎛/min and 0.77 ± 0.03 ㎛/min, respectively. Using the results of single-step etching, we perform two-step electrochemical etching for 3D microstructures with probe tips on cantilevers. The errors in height and lateral fabrication in the case of the fabricated structures are 15.5 ± 5.8% and 3.3 ± 0.9%, respectively; the surface roughness is 37.4 ± 9.6 ㎚.