무감각성 표면 근전도 센서에 활용되는 기계공학 기초이론
안녕하세요 현재 고등학교 2학년에 재학중인 학생입니다 제가 작년에 우연히 무감각성 표면 근전도 센서에 관한 뉴스를 보고 보고서로 제출하고싶다는 생각을 해서요 표면 근전도 센서에 활용되는 기계공학 기초이론 같은 걸 자세히 설명해주시면 감사드리겠습니다안녕하세요. 서종현 전문가입니다.
무감각성이라는 표현은 센서가 피부에 부착되었을때 사용자가 거의 느끼지 못할 정도로 유연하고 신축적이며 편안하다는 의미를 내포합니다. 이러한 특성을구현하는데 기계공학 기초 이론이 아주 중요한 역할을 합니다.
여기서 활용되는 주요 기계공학 기초 이론은 다음과 같습니다.
재료의 물성 및 역학
유연성 및 신축성 : 센서가 피부나 근육의 움직임에 따라 쉽게 휘어지고 늘어나야 사용자가 불편함을 느끼지 않습니다. 이를 위해 폴리머(고분자)같은 유연한 소재를 기판으로 사용하고, 전극이나 회로도 신축성 있는 도전성 소재를 선택합니다. 기계공학에서는 이러한 재료들이 어느 정도까지 늘어나거나 휘어졌을대 변형이 발생하지 않고 원래 형태로 돌아오는 (탄성), 파괴되지 않는지(강도)등을 분석하여 설계에 적용합니다.
피로 특성 : 근육 움직임에 따라 센서는 끊임없이 늘어나고 줄어드는 반복적인 변형을 겪습니다. 이러한 반복적인 힘에 센서가 얼마나 오랫동안 견딜수있는지(피로수명)을 분석하고 재료와 구조를 설계하는 것이 중요합니다.
구조 설계
서펜타인 구조 : 무감각성 표면 근전도 센서의 핵심적인 기계공학적 설계중 하나가 바로 서펜타인 구조입니다. 이는 뱀처럼 구불구불한 형태의 전극 패턴을 말하는데요 이 구조 덕분에 재료 자체의 신축성이 크지 않아도 구불구불한 부분이 마치 용수철 처럼 늘어나거나 줄어들면서 전체 센서의 유연성과 신축성을 획기적으로 향상시킬수있습니다. 기계공학의 구조 역학을 통해 이러한 구조가 힘을 어떻게 분산하고 변형에 어떻게 저항하는지 분석합니다.
접착 및 인터페이스 설계 : 센서가 피부에 안정적으로 부착되면서도 떼어낼때 자극이 적고 통기성이 좋아 땀배출이 원활하도록 센서와 피부 사이의 접착 메커니즘과 미세 구조를 설계합니다.
이러한 기계공학적 설계와 재료 선택을 통해 센서는 단순히 신호를 측정하는 것을 넘어, 착용하는 사람이 거의 인지하지 못할 정도로 편안하고 안정적으로 작동하게 됩니다.