• 한국의류산업학회지
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• 제18권6호
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• pp.733-745
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• 2016

This paper provides a review of wearable textile strain sensors that can measure the deformation of the body surface according to the movements of the wearer. In previous studies, the requirements of textile strain sensors, materials and fabrication methods, as well as the principle of the strain sensing according to sensor structures were understood; furthermore, the factors that affect the sensing performance were critically reviewed and application studies were examined. Textile strain sensors should be able to show piezoresistive effects with consistent resistance-extension in response to the extensional deformations that are repeated when they are worn. Textile strain sensors with piezoresistivity are typically made using conductive yarn knit structures or carbon-based fillers or conducting polymer filler composite materials. For the accuracy and reliability of textile strain sensors, fabrication technologies that would minimize deformation hysteresis should be developed and processes to complement and analyze sensing results based on accurate understanding of the sensors' resistance-strain behavior are necessary. Since light-weighted, flexible, and highly elastic textile strain sensors can be worn by users without any inconvenience so that to enable the users to continuously collect data related to body movements, textile strain sensors are expected to become the core of human interface technologies with a wide range of applications in diverse areas.

• 센서학회지
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• 제27권6호
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• pp.397-402
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• 2018

Proper seat design is critical to the safety, comfort, and ergonomics of automotive driver's seats. To ensure effective seat design, quantitative methods should be used to evaluate the characteristics of automotive seats. This paper presents a system that is capable of simultaneously monitoring body pressure distribution and surface deformation in a textile material. In this study, a textile-based capacitive sensor was used to detect the body pressure distribution in an automotive seat. In addition, a strain gauge sensor was used to detect the degree of curvature deformation due to high-pressure points. The textile-based capacitive sensor was fabricated from the conductive fabric and a polyurethane insulator with a high signal-to-noise ratio. The strain gauge sensor was attached on the guiding film to maximize the effect of its deformation due to bending. Ten pressure sensors were placed symmetrically in the hip area and six strain gauge sensors were distributed on both sides of the seat cushion. A readout circuit monitored the absolute and relative values from the sensors in realtime, and the results were displayed as a color map. Moreover, we verified the proposed system for quantifying the body pressure and fabric deformation by studying 18 participants who performed three predefined postures. The proposed system showed desirable results and is expected to improve seat safety and comfort when applied to the design of various seat types. Moreover, the proposed system will provide analytical criteria in the design and durability testing of automotive seats.

• 한국의류산업학회지
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• 제24권6호
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• pp.694-706
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• 2022

This study focusses on the development of a motion-sensing smart leggings prototype with the help of a module that monitors motion using a fiber-type stretch sensor. Additionally, it acquires data on Electrocardiogram (ECG), respiration, and body temperature signals, for the development of smart clothing used in online exercise coaching and customized healthcare systems. The research process was conducted in the following order: 1) Fabrication of a fiber-type elastic strain sensor for motion monitoring, 2) Positioning and attaching the sensor, 3) Pattern development and three-dimensional (3D) design, 4) Prototyping 5) Wearability test, and 6) Expert evaluation. The 3D design method was used to develop an aesthetic design, and for sensing accurate signal acquisition functions, wearability tests, and expert evaluation. As a result, first, the selection or manufacturing of an appropriate sensor for the function is of utmost importance. Second, the selection and attachment method of a location that can maximize the function of the sensor without interfering with any activity should be studied. Third, the signal line selection and connection method should be considered, and fourth, the aesthetic design should be reflected along with functional verification. In addition, the selection of an appropriate material is important, and tests for washability and durability must be made. This study presented a manufacturing method to improve the functionality and design of smart clothing, through the process of developing a prototype of motion-sensing smart leggings.

• 감성과학
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• 제21권1호
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• pp.83-90
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• 2018

본 연구의 목적은 정신적, 신체적 힐링을 위한 명상용 스마트 의류 개발을 위한 기초연구로서 명상 시 복식호흡 수를 측정함으로써, 의복을 통해 명상의 진입상태를 모니터링 하기 위한 방법을 연구하는 것이다. 이를 위해 본 연구에서는 Single Wall Carbon Nano-Tube (SWCNT)를 기반으로 한 스트레인 게이지 타입의 직물센서를 구현하고, 1차 실험으로 0.1 Hz의 주기로 복부형태의 더미를 5 cm 길이로 2분간 개폐를 반복하여 명상호흡을 시뮬레이션 한 결과 참조전극인 BIOPAC과 직물호흡센서의 신호가 매우 높은 일치도를 나타냈다(p<0.001). 같은 조건으로 2차 본 실험에서 피험자 4명에게 명상호흡을 수행하도록 하였고, 배꼽점, 횡경막 부근 중심과 측면 총 4군데 위치에서 출력된 전압 값을 비교한 결과 배꼽점 중심 위치와 횡경막 측면에서 신호의 일치도가 높고, 크고 안정된 신호형태를 보여 명상호흡을 측정하기에 적합한 위치로 선정되었다. 따라서 본 연구에서는 긴 호흡주기의 명상호흡을 측정하기 위한 직물센서를 구현하고, 이 센서의 명상 호흡수 측정을 위한 신뢰성과 타당성을 검토하며, 인체 상 측정위치에 따른 호흡 수 측정효율을 비교, 고찰하는 것을 목표로 하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.363.2-363.2
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• 2016

Stretchable strain sensors are becoming essential in diverse future applications, such as human motion detection, soft robotics, and various biomedical devices. One of the well-known approaches for fabricating stretchable strain sensors is to embed conductive nanomaterials such as metal nanowires/nanoparticles, graphene, conducting polymer and carbon nanotubes (CNTs) within an elastomeric substrate. Among various conducting nanomaterials, CNTs have been considered as important and promising candidate materials for stretchable strain sensors owing to their high electrical conductivity and excellent mechanical properties. In the past decades, CNT-based strain sensors with high stretchability or sensitivity have been developed. However, CNT-based strain sensors which show both high stretchability and sensitivity have not been reported. Herein, highly stretchable and sensitive strain sensors were fabricated by integrating single-walled carbon nanotubes (SWNTs) and nylon textiles via vacuum-assisted spray-layer-by-layer process. Our strain sensors had high sensitivity with 100 % tensile strain (gauge factor ~ 100). Cyclic tests confirmed that our strain sensors showed very robust and reliable characteristic. Moreover, our SWNTs-based strain sensors were easily and successfully integrated on human finger and knee to detect bending and walking motion. Our approach presented here might be route to preparing highly stretchable and sensitive strain sensors with providing new opportunity to realize practical wearable devices.

• 감성과학
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• 제25권4호
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• pp.45-52
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• 2022

최근 신체활동에 대해 인식하는 센서와 그 제품군에 대한 관심 및 수요가 증가하고 있다. 특히 유연하고 연신이 가능하며 사용자의 생체신호를 감지할 수 있는 웨어러블 소재에 대한 개발이 주목받고 있다. 본 연구에서는 소수성 소재에 Micro Needle을 통해 미세 구멍을 형성한 후 SWCNT 분산용액에 대한 함침 효율을 향상시키는 실험을 수행하였다. 본 연구에서는 구멍을 뚫지 않은 소재를 대조(control) 군으로 함침을 진행, 비교 분석하였다. 센서의 전기전도도를 평가하기 위해 Strain UTM (Universal Testing Machine, UTM, Dacell)과 저항을 측정하는 멀티미터(Keysight)를 이용해 센서를 인장했을 때의 센서의 전기전도도를 측정하였다. 또한 센서의 내구성을 평가하기 위해 시료별로 500회 인장을 진행한 후에 센서의 전기전도도를 평가하였다. 그 결과 Needling을 한 센서의 전기전도성이 Needling을 하지 않은 센서에 비해 최소 16배 이상 뛰어남을 알 수 있었다. 또한 센서의 초기 저항에 비해 게이지 팩터도 우수해 센서로서 좋은 성능을 확인할 수 있었다. 이를 통해 친수성 소재에 비해 물성이 뛰어나지만, 높은 표면장력 때문에 함침 효율이 좋지 않았던 소수성 소재의 함침 효율을 높여 신체의 움직임을 더 효과적으로 감지하고 내구성과 활용 가능성이 뛰어난 센서를 제작했다.

• 감성과학
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• 제22권1호
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• pp.15-22
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• 2019

본 연구의 목적은 그래핀(Graphene)을 사용하여 폴리우레탄 나노웹(Polyurethane Nanoweb)에 전기전도성을 부여하고, 이를 이용하여 나노웹 기반의 스트레인센서(Strain Sensor)를 개발하는 것이다. 이를 위해 1% 그래핀 잉크를 폴리우레탄 나노웹에 푸어코팅(Pour-coating)한 후 PDMS(Polydimethylsiloxane)로 후처리를 하여 착용 가능한 스트레인센서를 완성하였다. 시료 표면에 전도성 물질이 잘 코팅되었는지 확인하기 위해 전계방사형 주사전자현미경(FE-SEM)를 이용하여 시료의 표면 특성을 평가하였다. 시료의 전기적 특성 평가는 멀티미터(Multimeter)를 사용하여 시료의 선저항(Linear Resistance)을 측정하고, 시료를 각각 5%, 10% 인장하였을 때 선저항이 어떻게 변하는지 비교하였다. 또한 시료의 성능을 평가하고자 게이지율(Gauge Factor)을 구하였다. 착의평가 실험은 완성된 스트레인센서를 더미에 착용시킨 후 MP150(Biopac system Inc., U.S.A.)과 Acqknowledge(ver. 4.2, Biopac system Inc., U.S.A.)를 사용해 인장에 따른 호흡신호를 측정하였다. 표면 특성을 평가한 결과, 모든 전도성 나노웹 시료들이 그래핀 잉크로 균일하게 코팅되어있음을 확인하였다. 인장에 따른 저항값 측정 결과, 그래핀을 처리한 시료인 시료 G가 가장 낮은 저항값을, 그래핀을 처리한 후 열처리를 한 시료인 시료 G-H가 가장 높은 저항값을 가졌고, 시료 G와 시료 G-H의 경우 길이가 5%, 10%로 늘어남에도 선저항값의 변화가 안정적으로 증가하는 것으로 나타났다. 저항값 결과와는 달리, 시료 G가 시료 G-H보다 더 높은 게이지율을 보였다. 실제로 착의평가 결과, 시료 G-H를 이용해 만든 스트레인센서가 안정된 Peak값으로 측정되어 좋은 품질의 신호를 얻었다. 그러므로 본 연구를 통해 그래핀 잉크를 처리한 폴리우레탄 나노웹이 호흡 센서로서의 역할을 충분히 수행하는 것을 확인하였다.