“Software Convergence Symposium 2015 (SWCS 2015)”

손 용 기 선임연구원

2015.01.22

웨어러블컴퓨팅연구실

목차

1. 피부부착형웨어러블디바이스기술개요

Proprietary 한국전자통신연구원 웨어러블컴퓨팅연구실

웨어러블 컴퓨터/디바이스

헤드셋 안경 콘택트렌즈

시계 팔찌

스킨패치/전자피부

신발

의류

1. 피부부착형 웨어러블 디바이스 기술 개요

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: 두 손이 자유로운 상태에서 인간의 능력을 보완/증강시키기 위한 목적으로, 시계, 안경 등과 같은 액세서리, 의복, 신체 등에 일체화된 전자기기

Wearable computer/device

Wearable computing

: 웨어러블 컴퓨터/디바이스를 만들거나, 혹은 웨어러블 컴퓨터/디바이스를 이용하는 기술을 연구하는 활동

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1. 피부부착형 웨어러블 디바이스 기술 개요

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소형경량

지능유연성신축성

기능분산

응용

건강관리 패치(체온, 호흡, 심박)스마트키 패치(자동차, 놀이공원, 미아방지)아쿠아 패치

피부부착형 이어셋피부부착형 mp3 player

피부부착형 핸드폰피부부착형 컴퓨터

• 새로운 개념의 웨어러블 디바이스

• 디자인 및 기능의 혁신

• 사용자 편의성 증대

Internet(WPAN)

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1. 피부부착형 웨어러블 디바이스 기술 개요

< 웨어러블 컴퓨터의 발전 방향 – 2011 IT전략기술로드맵 기획 보고서>

신체부착형 생체이식형

액세서리형

직물/의류일체형

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1. 피부부착형 웨어러블 디바이스 기술 개요

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웨어러블

컴퓨터

웨어러블

사용자

인터페이스

통신 &

상황인지

웨어러블

소프트웨어

저전력 &

배터리

웨어러블

하드웨어

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1. 피부부착형 웨어러블 디바이스 기술 개요

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유연/신축•신체 움직임에 의해 손상되지 않도록

유연성과 신축성을 가져야 함탈부착

•생체자극을 최소화하거나생체와 문제없도록 생체친화적으로탈부착 가능해야 함

전원•응용에 따라 적절한 사용시간을 보장하도록

전원을 제공해야 함

연산/통신•응용의 고도화를 위해 연산 및 통신 기능 등이

완전통합된 형태를 갖추어야 함

피부부착형웨어러블 디바이스

하드웨어

2. 피부부착형웨어러블디바이스기술동향

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2. 피부부착형 웨어러블 디바이스 기술 동향

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초기 시장이형성되어있는건강관리및 의료분야에서의연구개발이활발

– 유연인쇄회로기판(Flexible PCB)과같은기존기술을이용하여유연/소형디바이스개발

– 신체 부착에 따른불편함을최소화할수있도록인체공학적인구조를가진단순부착형장치 위주

System

StretchableRigid-Flex Flexible

DELTA의 ePatch

Corventis사의 AVIVO

Gentag

Sensor

TOUMAZ GROUP

Pancreum의 DDS

StreadyMed의 DDS

DDS: Drug Delivery System

VANCIVE의Metria

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2. 피부부착형 웨어러블 디바이스 기술 동향

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< Corventis사의 PiiX와 환자모니터링 시스템 > < TOUMAZ그룹의 Patch >

< VACIVE사의 Metria IH1 >

•상용 피부부착형 웨어러블 디바이스

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2. 피부부착형 웨어러블 디바이스 기술 동향

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< LIMERboard >

< 머리 충격감지 밴드>

< 구부러지는 3D 카메라>

• Infinite Corridor Technology사의 신축/유연 회로보드

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2. 피부부착형 웨어러블 디바이스 기술 동향

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신축/유연전자를연구하는그룹을중심으로센서및 소자 위주의선행연구가활발이진행되고있으며, 혁신적인성과들이도출되고있음

– 금속전극의기하학적 구조설계혹은 CNT/그래핀과같은신소재를 이용

– 학술적 가치가높은결과들이많으나실제제품에적용하기에는아직보완해야할부분이많음

•서울대 김대형 교수의 피부부착형 웨어러블 디바이스

출처: KIM, Dae-Hyeong, et al. Epidermal electronics. Science, 2011, 333.6044: 838-843

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2. 피부부착형 웨어러블 디바이스 기술 동향

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출처: XU, Sheng, et al. Soft Microfluidic Assemblies of Sensors, Circuits, and Radios for the Skin. Science, 2014, 344.6179: 70-74

•UIUC의 John Rogers 연구그룹의 피부부착형 웨어러블 디바이스

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2. 피부부착형 웨어러블 디바이스 기술 동향

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핵심 요소 기술 설계 고려 사항 관련 연구 분야

유연/신축 회로보드 기술 - 유연하고 신축이 있는 신체의 움직임에도 전자회로가

고장나지않아야함

유연/신축전자기술

인쇄전자기술

폴리머전자기술

탈부착 기술 - 생체와문제없이오랜기간부착가능해야함

- 손쉽게탈착이가능해야함

생체모방기술

생체응용소재기술

전원 공급 기술 - 응용에따라 적절한 사용시간을 보장하도록 전원을 제

공가능해야함

유연/신축배터리기술

무선전력전송기술

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2. 피부부착형 웨어러블 디바이스 기술 동향

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기존 소자를 섬(island)구조에 배치, 섬간의 연결에 신축성 부여

– 기존 소자의 리드수를 줄이는 방향으로 회로 설계

– 딱딱한 섬구조와 신축연결 구조 부분에 집중되는 응력을 분산할 수 있도록 설계

– 몰딩된 주변 유연소재(실리콘)의 변형이 회로에 응력 발생

출처: VANFLETEREN, Jan, et al. Printed circuit board technology inspired stretchable circuits. MRS bulletin, 2012, 37.03: 254-260.

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2. 피부부착형 웨어러블 디바이스 기술 동향

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•기하학적 방법

•신축소재를 이용하는 방법

신축성이 없는 기존 금속기반의 전극물질을 이용하여구불구불한 기하학적 구조로 응력을 최대한 분산시켜 스프링형태로 전극설계

기존 소자를 섬(island)구조에 배치, 섬간의 연결에 신축성 부여

– 기존 소자의 리드수를 줄이는 방향으로 회로 설계

– 딱딱한 섬구조와 신축연결 구조 부분에 집중되는 응력을 분산할 수 있도록 설계

– 몰딩된 주변 유연소재(실리콘)의 변형이 회로에 응력 발생

CNT/Graphene과NanoWire와같은전기전도성 나노소재를 고분자 물질에 잘 분산시켜 전기적 네트워크를 형성하여늘어나도 전기적 특성이 변하지 않는 전기전도성 탄성중합체를 개발

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2. 피부부착형 웨어러블 디바이스 기술 동향

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•기하학적 방법: STELLA Project

출처: VANFLETEREN, Jan, et al. Printed circuit board technology inspired stretchable circuits. MRS bulletin, 2012, 37.03: 254-260.

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2. 피부부착형 웨어러블 디바이스 기술 동향

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•기하학적 방법: UIUC의 John Rogers 연구그룹

< 자가유사(self-similar) 기하구조 >

< 물결 모양(wavy shape) >

< 3차원 구불구불한 모양(serpentine) >

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2. 피부부착형 웨어러블 디바이스 기술 동향

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•신축소재를 이용하는 방법:

출처: SEKITANI, Tsuyoshi; SOMEYA, Takao. Stretchable, Large‐area Organic Electronics. Advanced Materials, 2010, 22.20: 2228-2246.

< 일본 동경대 Someya 연구그룹의 CNT탄성복합체 전극 > < UCLA의 신축 LED 및 CNT탄성복합체 전극 >

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•생체모방 탈부착 기술: 서울대 서갑양 연구그룹

출처: 배원규, 서갑양. [특집] 생체모방을 이용한 스마트 건식접착 필름 제작 및 응용. Polymer Science and Technology, 2011, 22.3: 230-236

< 실제 게코도마뱀의 발바닥에 존재하는 나노 섬모의 구조 >

< 건식접착 패치 >

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2. 피부부착형 웨어러블 디바이스 기술 동향

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•신축 배터리: UIUC의 John Rogers 연구그룹

출처: XU, Sheng, et al. Stretchable batteries with self-similar serpentine interconnects and integrated wireless recharging systems. Nature communications, 2013, 4: 1543

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3. 정리

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• 마이크로프로세서까지도완전통합된디바이스로써의신체부착형웨어러블컴퓨터개발을위해서는아직 풀어야할 숙제들이많음

• 신축 내구성은실제 응용에서극복해야할 중요한요소이긴하지만, 아직완벽하게연구된결과는그리많지 않음. 이는실제 제품의내구성을결정하는결정적인요소이므로상용화를위해서는필히 기술개발이 필요

• 기존과는다르게신체에부착하여사용하는형태이기때문에,이러한환경에적절한 상용자인터페이스기술도고민해야하는시점

• 건강관리및 의료분야에한정된 응용이외의새로운응용 발굴이필요예) 모토롤라의개인인증용전자타투

• 신체부착형웨어러블컴퓨터는기존 전자장치와는다른, 유연/신축전자회로기술, 탈부착기술, 전원공급기술 등과같은 핵심요소 기술의개발이요구되기때문에유연한제품 개발등 타 분야로기술이전개될 수있어 기존딱딱한제품 중심시장의 패러다임을획기적으로전환할수 있는기술 파급력

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감사합니다.