본 논문은 정전기력을 이용한 마찰력 변조를 이용하여 손끝을 통한 촉각정보의 입출력을 동시 구현하는 소자를 제안하였다. 기존의 촉각소자들이 촉각정보의 입력 및 출력을 개별적으로 구현한 것에 비해 본 연구는 손끝의 수직/수평 방향 동작 인식과 질감 구현을 동시에 구현하였다는 점에서 차별성을 가진다. 실험분석을 통해 검증한 손끝 동작 인식기능은 수직방향의 클릭의 경우 0.146nF/$40{mu}m$, 수평방향의 경우 0.09nF/$750{mu}m$의 정전용량 변화를 통해 인식 가능하였으며, 질감 구현의 경우 정전기적 인력을 통해 마찰력을 32~152mN의 범위에서 제어할 수 있음을 확인하였다. 교류전압을 이용한 수평적 진동은 60V, 3Hz에서 최대 128.1mN의 마찰력 변조를 구현하였으며, 이는 기존 연구 대비 32% 향상을 보여준다. 본 연구는 손끝에서 정보의 입출력을 동시 구현하여 정보기기의 촉각인터페이스에 적용 가능하다.
We present a tactile information transceiver using a friction-tunable slider-pad. While previous tactile information devices were focused on either input or output functions, the present device offers lateral position/vertical direction detection and texture expression. In characterizing the tactile input performance, we measured the capacitance change due to the displacement of the slider-pad. The measured difference for a z-axis click was 0.146 nF/$40{mu}m$ when the x-y axis navigation showed 0.09 nF/$750{mu}m$ difference. In characterizing the texture expression, we measured the lateral force due to a normal load. We applied a voltage between parallel electrodes to induce electrostatic attraction in DC and AC voltages. We measured the friction under identical fingertip action conditions, and obtained friction in the range of 32-152 mN and lateral vibration in the force range of 128.1 mN at 60 V, 2 Hz. The proposed device can be applied to integrated tactile interface devices for mobile appliances.
