CNT 기반의 직물센서 구현 방법에 따른 관절동작 센싱 효율 평가
Evaluating Joint Motion Sensing Efficiency According to the Implementation Method of CNT-Based Fabric Sensors
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초록
본 연구의 목적은 본 연구에서는 탄소나노튜브 기반의 신축성 직물 센서의 모양과 의복 상 부착 위치가 아동의 사지 관절 동작 센싱 성능에 미치는 영향을 분석하고, 이를 통해 아동의 사지 동작 센싱에 적합한 직물 동작 센서의 요건을 규명하고자 하였다. 실험 대상 아동에게 2종의 센서 모양과 2개의 센서 부착 위치에 따라 조작된 실험복을 착의시킨 후 60 deg/sec의 속도로, 팔과 다리의 굽힘-폄 동작(60°, 90°의 동작 각도별로 10회씩 3회 반복 동작, 총 60회 동작)에 의한 직물 센서의 신장과 수축에 따른 전압의 변화량을 측정하였으며, 가속도 센서를 함께 부착하여, 센싱 결과의 일치 도를 분석함으로써 신뢰도를 검증하였다. 실험 결과 아동의 팔과 다리 동작을 가장 효율적으로 측정할 수 있는 직물 센서의 구성 요건은 장방형 모양 센서 및 관절로부터 4㎝ 아래 부위에 부착된 센서로 나타났다. 본 연구에서는 아동의 사지 동작 측정에 적합한 직물 센서를 개발하고 관절동작 센싱에 적합한 센서의 모양과 의복 상 부착 위치에 대한 조건 을 분석하였으며, 의복에 통합된 유연한 직물 센서를 활용하여 인체 부위별 동작 센싱이 가능하다는 것을 규명하였다.
Abstract
This study aimed to determine the effects of the shape and attachment position of stretchable textile sensors coated with carbon nanotube on their performance when used to measure children's joint movements. Moreover, the child-safe requirements for fabric motion sensors are established. The child participants were advised to wear integrated clothing equipped with the sensors of various shapes (rectangular and boat-shaped) and attachment positions (at the knee and elbow joints or 4 cm below the joints). The voltage change induced by the elongation and contraction of the fabric sensors was determined for arm and leg flexion-extension motions at 60 deg/s (three measurements of 10 repeats each for 60°and 90°angles, for a total of 60 repetitions). Their dependability was determined by comparing the fabric motion sensors to the associated acceleration sensors. The experimental results indicate that the rectangular-shaped sensor affixed 4 cm below the joint is the most effective fabric motion sensor for measuring children's arm and leg motions. In this study, we designed a textile sensor capable of tracking children's joint motion and analyzed the sensor shape and attachment position on motion sensing clothing. We demonstrated that flexible fabric sensors integrated into garments may be used to detect the joint motions of the human body.
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