Soft Deformable Sensors enabled by Electrically Conductive and Structured Elastomers

DoctorStretchable and deformable electronics change the stereotype of conventional electronics with fixed form factor devices. However, during the past 10 years, new type of electronics components changes this stereotype rapidly. The electronic devices such as displays, transistors and sensors can endure their performances under deformation conditions. The advancement of soft electronics spread its potential to the field of healthcare recently. With increasing living standards and seeking for wellness, demands for various healthcare sensors including skin-attachable sensors or implantable sensors are increasing. The early stage of healthcare sensors are made of rigid materials so they can stimulate the soft skin and body tissue and induces contact dermatitis, inflammatory and immune reactions. Soft polymers are promising candidate to solve these problems because they can adopt a new concepts of materials and designs. Therefore, the soft sensors can obtain valuable biomarkers continuously following body shape and activities. However, there still remains a large room for improving soft sensors. Most types of soft sensors are film types that totally cover the skin or tissues which missed out on the breathability of our body. Moreover, the sensors are usually made of hydrophobic polymers so it does not fit to the water-friendly environment of our body. These overlooks cause side effects symptoms on our body and decrease the reliability of sensor performances. Therefore, to solve those problems, we developed new approaches; 1) Structured elastomeric substrates to provide stable electrical conductivity and permeability to air and liquid, 2) Surface modification that exhibits hydrophilicity and high affinity to conductive layers for reliable sensing performance. The structure of the soft sensor allows strain localization helping preserve the electrical network stably and air/liquid permeability. Surface modification can make intimate contact with the skin/tissue, and body fluids that minimize side effects and immune reaction as well as enhance adhesion force of the conductive layers to the substrates. With these features, mechanically and electrically stable and reliable soft sensors are successfully fabricated with detecting various vital signs without causing side effects. This approach allows a stable and decent signal detection of the biodata from our body so that it gives a great contribution to improving people’s health and life.기존의 전자 장치는 그 형태가 고정되어 있어 디자인 및 사용 용도의 한계가 정해져 있다는 단점이 있다. 그러나 연성 재료를 이용한 soft electronics의 발전과 더불어 이러한 한계는 옅어지고 있다. 휘어지거나 접히는 디스플레이 및 이를 위한 연신 가능한 반도체, 전극, 센서 등이 발전되며 그동안 제한 되어 왔던 전자 산업의 응용 영역이 급속도로 확장되어 가고 있다. 그 중에서 생활 수준의 향상과 건강을 추구하는 생활 트렌드의 확산으로 인한 헬스케어로의 응용도 가속화 되어가고 있다. 기존의 헬스케어 소자는 전자 기기와 마찬가지로 딱딱한 소재로 제작이 되어 고정된 형태와 피부, 체내 조직과는 다른 물리적 특성으로 인해 여러 부작용을 유발하는 단점이 있다. 예를 들어 피부 조직을 자극하여 피부염의 유발 혹은 체내 이식 시 과다한 면역 반응, 염증을 유발하는 부작용이 심각한 문제로 대두되고 있어 헬스케어 소자를 부드러운 소자로 대체하고자 하는 필요성이 커지고 있다. Soft electronics분야에 활용되는 재료들은 기본적으로 연성 고분자 재료이므로 피부, 체내 조직과 같은 부드러운 물성이 요구되는 환경에 사용이 적합하다. 그러나 이들 재료는 사람의 체외/체내 환경과 다른 특성을 갖고 있다는 점이 극복해야할 사항이다. 고분자 재료들은 탄소를 기반으로 구성되어 있어 그 근본적인 특징이 소수성을 나타내지만 신체 환경은 수분이 풍부한 친수성이 요구되는 환경이다. 또한 생명활동을 지속하는 신체의 특성으로 인해 지속적인 땀 분비 혹은 체액의 순환이 유지되어야 하는 특성이 있어 이를 고려하여 헬스케어 소자를 제작해야하는 필요성이 있다. 그러나 대부분 기존 연구들은 이러한 특성을 고려하지 않고 연성 재료가 요구되는 환경에 주목하여 신체 조직들과의 물성은 유사하지만 수분 환경, 항상성을 유지하는 환경을 고려하지 않은 연구가 대부분인 상황이다. 피부를 완전 덮는 형태의 소자는 장기간 사용 시 접촉 피부염(contact dermatitis) 유발과 착용시의 이물감을 유발 할 수 있으며 체내 삽입의 경우는 염증반응을 지속적으로 일으킨다는 단점이 있다. 또한 소자가 소수성을 띄는 경우 땀, 체액 등을 흡수하지 못하고 높은 접촉각을 형성하여 신호를 감지하는 조직에서 탈착이 일어나는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 연성 재료 기반의 헬스케어 소자들의 현실적이고 실용적인 활용을 위해서는 신체의 물성 뿐만 아니라 끊임 없이 생명 활동이 유지되는 신체의 환경을 고려한 친수성, 체액 투과성 등이 확보된 헬스케어의 소자 개발이 필요하다. 뿐만 아니라, 기존 전자 산업과 다른 개념을 갖는 soft electronics의 특성상 이들 소자의 제조를 위해서는 새로운 제작 설비가 필요하다. 그러나 아직 대중화 되지 않은 soft electronics 분야에 선뜻 제조 설비를 투자하는 것은 산업계에게 큰 위험부담을 지우는것이다. 따라서 기존 전자 산업에서 활용되는 제조 기법을 soft electronics 분야에 적용하여 진입 장벽을 낮추는 것이 soft electronics 분야의 산업화에 있어 중요한 고려사항이다. 본 학위 논문에서는 이러한 요구사항들을 고려하여 기존 제조 기법(금속 증착법, 전기 방사법)을 차용하여 soft electronics 소자를 제작하였으며 특히 헬스케어 소자들이 고려해야 하는 신체의 특성을 반영하여 변형이 가능한 연성 센서 소자를 제작하였다. 제 1장에서는 변형 가능한 연성 센서들에 대한 관련 문헌 조사를 수록하였다. 제 2장에서는 블록 공중합체 기판에 표면 구조를 형성, 이에 금속 증착법을 통해 전도성 영역을 형성하여 연신 가능한 전도체를 제작한 결과를 수록하였다. 제 3장은 전기 방사법과 금속 증착법을 통해 심장의 기계적 움직임과 전기적 신호를 동시에 측정하는 센서를 제작하였다. 특히 이 센서는 심장의 움직임을 수용하기 위한 변형성과 체내 이식을 위한 친수성, 그리고 체액의 순환을 고려한 기공 구조를 포함하여 높은 이식성과 낮은 부작용을 확보하였다. 제 4장은 전기 방사법과 금속 증착법을 통해 피부에 부착 가능한 심전도 측정 센서 제작 결과를 수록하였다. 특히 땀 분비가 지속적으로 일어나는 피부 특성과 여러 일상 생활에서 가해질 수 있는 센서의 변형, 환경 변화 등을 고려하여 여러 가지 활동에서도 지속적으로 착용이 가능한 센서를 디자인 하였다. 또한 기존의 피부를 덮는 심전도 센서에서 유발될 수 있는 피부 부작용을 제거하여 지속적으로 센서를 부착하여 끊임없는 심전도 모니터링을 할 수 있다. 제 5장은 전기 방사법으로 제작된 파이버 매트에 CNT 잉크를 코팅하여 압력에 반응하는 압력 센서를 제작하였음. CNT 잉크는 파이버 매트에 화학적으로 결합하여 여러 변형 환경에서도 센서의 성능 저하 없이 안정적으로 사용이 가능하며 여러 압력 센서 성능 지표가 우수한 결과를 보임. 기공 구조를 갖는 특성을 이용하여 외부 공기의 흐름을 감지하는 결과를 확인하였으며 추가적으로 신체의 호흡 능력을 평가할 수 있는 가능성을 확인함. 마지막으로 제6장은 본 학위논문에서 성취한 결과들을 요약 수록하였다

예측 모형 대한 시각화 검증

학위논문(석사)--아주대학교 일반대학원 :라이프미디어협동과정,2016. 2최근 정보통신의 발달과 함께 예측분석의 활용성이 중요해 지고 있으며 이러한 예측분석은 우리의 실생활과 밀접한 관계가 있다. 하지만 예측 분석은 패턴인식 (Pattern recognition) 혹은 기계학습(Macine learning)으로 불리는 확률적 학습 알고리즘을 기반으로 하기 때문에 사용자가 분석과정에 개입하여 더 많은 정보를 얻어내기 위해서는 높은 통계적 지식수준이 요구된다. 또한 사용자는 분석 결과외 의 다른 정보를 확인 할 수 없고 데이터의 특성 변화와 데이터 하나하나의 특징을 파악하기 힘들다는 단점이 있다. 본 연구는 이러한 예측분석의 단점을 보완하고자 통계적인 데이터 분석 방법과 시각화 분석 방법을 결합하여 데이터 분석을 진행하 였으며 통계적인 분석 방법만을 진행 할 경우 발생하는 단점을 보완하고 데이터에 서 더 많은 정보를 도출해 내기 위한 방법론을 제시 하고자하였다. 또한 본 연구 는 통계적인 분석과 시각화 분석을 결합하여 분석을 진행 할 때 영화의 흥행성을 예측하는 것을 목적으로 하였으며 분석을 통해 도출된 결과는 다음과 같다. 첫째, 의사결정나무분석에서 제시된 분할 기준이 적용될 때 마다 변하는 데이터의 패턴 을 파악할 수 있다. 둘째, 제시된 최종 예측 모형에 포함된 데이터들의 특성을 확 인 할 수 있다. 본 연구의 시사점은 예측모형의 단점을 보완하고 데이터로부터 더 많은 정보를 추출하기 위해 통계적인 데이터 분석과 시각적인 데이터 분석을 결합 하여 시행하였다는 것이다. 통계적인 분석 방법을 통해 각 변수의 관계를 파악하고 높은 영화 흥행성을 예측하기 위한 예측모형을 도출하였으며, 시각화 분석에서는 변수들의 분포를 파악하는 사용자 인터렉션이 가능한 다양한 기능을 제공함으로서 최종적으로 제시된 예측모형을 검증하고 데이터로부터 더 다양한 정보를 도출하기 위한 방법론을 제시하였다.1. 서론 1 1. 연구배경 및 필요성 1 2. 연구의 목적 및 방법 3 2. 이론 및 선행 연구의 고찰 4 1. 영화 흥행 관련연구 4 2. 영화 감정 어휘 관련연구 5 3. 의사결정나무분석 관련연구 6 4. 시각화분석 관련연구 8 3. 데이터 수집 및 정제 10 1. 영화 리뷰 데이터 수집 10 2. 감정어휘 사전 구축 및 감정어휘 데이터 생성 10 3. 데이터 특성 파악 13 4. 통계를 활용한 예측 분석 15 1. 군집분석과 MDS시각화를 이용한 영화 장르 군집화 15 가. 군집분석의 정의 16 나. 군집분석 결과 16 다. 군집 결과 시각화 18 2. 의사결정나무분석을 활용한 영화 흥행도 예측 19 가. 의사결정 나무 분석의 정의 19 나. 전체 영화에 대한 의사결정나무분석 20 다. 군집 1 영화에 대한 의사결정나무분석 22 라. 군집 2 영화에 대한 의사결정나무분석 24 마. 군집 3 영화에 대한 의사결정나무분석 26 바. 군집 4 영화에 대한 의사결정나무분석 28 사. 의사결정나무분석 결과에 대한 종합적인 해석 30 5. 시각화 분석 및 검증 32 1. Parallel coordinates의 개념 32 2. Parallel coordinates의 기능 33 가. 번들링(Bundling) 33 나. 축(Axes) 34 다. 색상(Colour) 34 라. 기술 통계(Descriptive statistic) 34 마. 데이터 선택(Data Selection) 35 바. 제거된 데이터 표현 36 3. Parallel coordinates를 활용한 분석 37 가. 영화 장르 별 흥행도의 분포와 대표 감정 어휘의 분포 37 나. 영화의 대표 감정 어휘 사이의 상관관계 38 4. 통계분석 결과에 대한 시각화 검증 40 가. 전체 영화에 대한 의사결정나무분석 및 시각화 검증 40 나. 군집 1 영화에 대한 의사결정나무분석 및 시각화 검증 43 다. 군집 2 영화에 대한 의사결정나무분석 및 시각화 검증 46 라. 군집 3 영화에 대한 의사결정나무분석 및 시각화 검증 49 마. 군집 4 영화에 대한 의사결정나무분석 및 시각화 검증 52 바. 시각화 검증 결과에 대한 종합적인 해석 54 6. 결론 57 참고문헌 59 Abstract 62MasterRecently, predictive analytics is becoming more important with the development of information and communication. Predictive analytics is closely related our daily life. However, predictive analysis is based on a probabilistic learning algorithm called pattern recognition or machine learning. Therefore, if users want to extract more information from the data, they are required high statistical knowledge. In addition, it is difficult to find out data pattern and characteristics of the data. This study conducted statistical data analyses and visual data analyses to supplement prediction analysis's weakness. Through this study, I could find some implications that haven't been found in the previous studies. First, I could find data pattern when I adjust data selection according as splitting criteria for the decision tree method. Second, I could find what type of data included in the final prediction model. I could find some implications that haven't been found in the previous studies from the results of statistical and visual analyses. In statistical analysis we found relation among the multivariable and deducted prediction model to predict high box office performance. In visualization analysis we proposed visual analysis method with various interactive functions. Finally through this study I verified final prediction model and suggested analysis method extract variety of information from the data

Tensile-Induced Generation of Surface Microfibrils Network on Block Copolymer Elastomers and its Use for Stretchable Tactile Sensor Arrays

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Block Copolymer Based Stretchable Electrode Material

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Metal Deposition on a Self-Generated Microfibril Network to Fabricate Stretchable Tactile Sensors Providing Analog Position Information

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Stretchable Electronic Skin Apexcardiogram Sensor

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Effects of Domain Ordering and Deformation Constraint on Yielding Behavior of Block Copolymer

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Investigation of Conductive Networks Variations in Stretchable Electrodes by in situ Observation

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Highly Stretchable Gold Nanosheet Electrodes Patterned by Stamping Process

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