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[이화여대] 저전력, 초고속, 초소형 호흡 모니터링 및 습도 센싱 기술 개발

최고관리자　 0 Comments　 1 Views　 20-11-10 15:46　 기계

분야 : 전자~전기 개발상태 5 9

저전력, 초고속, 초소형 호흡 모니터링 및 습도 센싱 기술 개발

보유기관 및 연구자 : 이화여자대학교 현가담 교수

특허정보
초고속 비색계 습도 센서 및 이의 제조 방법 (No : 10-2018-0146381(비공개))

발색 조성물, 및 이를 포함하는 화장용 조성물 또는 굴절율 센서 (No : 10-2017-0134544)
거래조건 :

상담신청 기술문의

TRL09
사업화
- 본격적인 양산 및 사업화 단계
TRL08
시작품 인증/
표준화
- 일부 시제품의 인증 및 인허가 취득 단계
  - 조선 기자재의 경우 선급기관 인증, 의약품의 경우 식약청의 품목 허가 등
TRL07
Pilot 단계 시작품
신뢰성 평가
- 시작품의 신뢰성 평가
- 실제 환경(수요기업)에서 성능 검증이 이루어지는 단계
TRL06
Pilot 단계 시작품
성능 평가
- 경제성(생산성)을 고려한, 파일로트 규모의 시작품 제작 및 평가
- 시작품 성능평가
TRL05
시제품 제작/
성능평가
- 개발한 부품/시스템의 시작품(Prototype) 제작 및 성능 평가
- 경제성(생산성)을 고려하지 않고, 우수한 시작품을 1개~수개 미만으로 개발
TRL04
연구실 규모의
부품/시스템 성능평가
- 연구실 규모의 부품/시스템 성능 평가가 완료된 단계
- 실용화를 위한 핵심요소기술 확보
TRL03
연구실 규모의
성능 검증
- 연구실/실험실 규모의 환경에서 기본 성능이 검증될 수 있는 단계
- 개발하려는 시스템/부품의 기본 설계도면을 확보하는 단계
- 모델링/설계기술 확보
TRL02
실용 목적의 아이디어/
특허 등 개념 정립
- 실용 목적의 아이디어, 특허 등 개념 정립
TRL01
기초 이론/
실험
- 연구과제 탐색 및 기회 발굴 단계

기술개요: ○ 호흡에 포함되어있는 습도 변화를 초고속 반응속도로 감지 가능한 초소형 모바일 센서 개발

○ 센서는 극소량의 다공성 티타늄 구형 입자들 한층으로 구현됨. 주위 습도에 따라 물 분자들은 입자 내부를 빠른 속도(수백 μs 내지 수십 ms)로 출입하여 입자들의 빛의 산란특성을 변환시킴

○ 본 센서는 저전력 광원(LED)과 광다이오드를 통하여, 빛의 산란변화를 감지하고 이에 따른 습도를 측정함

기술개발배경: ○ 기존 호흡 모니터링 시스템 및 습도계는 반응속도가 1~10초 사이로 활용할 수 있는 분야가 협소했음

○ 실내 습도 조절이 필요한 온실, 병실, 제조 시설 등 다양한 분야의 구체적이고 미세한 습도조절이 필요한 분야에 활용이 가능함

○ 높은 전력량을 필요로 하는 기존의 호흡 모니터링 장비 및 습도계

○ 휴대가 용이하지 않은 큰 크기의 호흡 모니터링 장비

저전력 초고속 호흡 모니터링 시스템 개발 배경

기존기술한계: ○ 헬스케어에 사용되는 기존 호흡 모니터링 장비는 고가의 가격으로 상용화가 어려움

○ 기존의 습도계의 경우 1~10초 사이의 상대적으로 느린 반응속도를 가짐

○ 높은 전력량을 필요로 하여 지속적인 사용에 대한 부담

○ 휴대가 용이하지 않은 큰 크기의 호흡 모니터링 장비

개발기술특성: ○ 1~10초 사이의 반응속도를 가진 기존의 습도계 (Hygrometer) 보다 100에서 1000배 빠른 속도 보유

○ 인체에 무해한 티타니아 단일 소재 구성되어, 폐기 및 재활용에 유용

○ 극소량의 티타니아 입자 한층으로 구현 가능하며, 단순한 스프레이나 액상분산방식으로 제작가능하여 기존의 습도계 보다 낮은 원자재 및 공정가격 가짐

○ 에너지를 소모하는 유일한 부품은 광원으로 일반 레이져 포인터 보다 100배 낮은 전력에서 작동함

○ 초소형 크기에서도 작동 가능하여 모바일 습도 모니터링에도 용이

기술의 특성

기술구현: ○ 20ms의 상승시간과 36ms의 회복시간
- 제일 빠르다고 보고된 비색성 습도 센서 (~30ms)에 상응

○ 상용화된 레이저 포인터보다 훨씬 낮은 전력의 광원으로도 신호 관찰 가능

○ 5mg의 극소량으로 하나의 습도 센서 디스플레이 제작 가능

시장동향: ○ 세계 습도 센서는 2017년 3,840만 달러에서 연평균 성장률 11.69%로 증가하여 2022년에는 6,674만 달러에 이를 것으로 전망됨

○ 반도체식 온·습도 센서의 90% 이상을 수입하여 조립 모듈로 내수 및 재수출에 의존하고 있는 상황

○ 글로벌화된 국외 기업에 비해 국내 센서 업체의 대부분은 중소기업이며, 자체 생산보다 수입품을 조립 및 가공하여 생산하고 있음

세계습도 센서 시장 및 전망

기술활용분야: ○ 터치레스 인터페이스

○ 호흡 모니터링

○ 실내 적정 습도 센싱

○ 모바일 습도 센싱

○ 웨어러블 장비

저전력 초고속 모바일 습도 센싱 시스템의 적용 예시

특장점

기존기술 한계: ○ 헬스케어에 사용되는 기존 호흡 모니터링 장비는 고가의 가격으로 상용화가 어려움

○ 기존의 습도계의 경우 1~10초 사이의 상대적으로 느린 반응속도를 가짐

○ 높은 전력량을 필요로 하여 지속적인 사용에 대한 부담

○ 휴대가 용이하지 않은 큰 크기의 호흡 모니터링 장비

개발기술 특성: ○ 1~10초 사이의 반응속도를 가진 기존의 습도계 (Hygrometer) 보다 100에서 1000배 빠른 속도 보유

○ 인체에 무해한 티타니아 단일 소재 구성되어, 폐기 및 재활용에 유용

○ 극소량의 티타니아 입자 한층으로 구현 가능하며, 단순한 스프레이나 액상분산방식으로 제작가능하여 기존의 습도계 보다 낮은 원자재 및 공정가격 가짐

○ 에너지를 소모하는 유일한 부품은 광원으로 일반 레이져 포인터 보다 100배 낮은 전력에서 작동함

○ 초소형 크기에서도 작동 가능하여 모바일 습도 모니터링에도 용이