“새로운 지능형 키보드는 키보드가 정보 입력에 사용되는 전통적인 방법을 변화시켜주게 될 것이며, 매번 키보드를 누를 때마다 기록되고 분석될 수 있는 복잡한 전기적 신호를 만들게 될 것”이라고 GIT(Georgia Institute of Technology) 재료과학 및 공학대학의 평의원 교수(Regents professor)인 Zhong Lin Wang은 말했다. 기존의 키보드는 키입력이 역학적인 접촉을 만들어 특정한 키를 눌렀다는 것을 알려줄 때만 기록을 하게 된다. 지능형 키보드는 누르고 있는 각 문자를 기록하며, 키에 적용되어진 힘의 양과 하나의 키입력 및 다음 것과의 시간 길이에 관한 정보를 캡처하게 된다. 이러한 타이핑 스타일은 개인들에게는 독특하기 때문에 비인가된 사용으로부터 컴퓨터를 보호하기 위한 새로운 생체 인식을 제공해줄 수 있을 것이다.
키를 누르는 것을 등록하기 위한 작은 전류를 제공해줄 뿐만 아니라, 새로운 키보드는 또한 작은 휴대용 전자기기를 충전하거나 키보드를 무선으로 만들기 위해 송신기에 전원을 공급하는 충분한 전기를 발생시킬 수 있게 될 것이다.
접촉 대전(contact electrification)이라고 알려진 효과는 사용자들이 전극 물질 층으로 코팅된 것에 사용자들의 손가락을 플라스틱 물질로 터치했을 때 전류를 발생시키게 된다. 전압은 마찰전기 효과와 정전 유도 효과를 통해서 생성된다. 마찰전기 효과를 사용하는 작은 충전은 물질들이 콘택으로 이동하여 움직이게 될 때마다 생성될 수 있다.
“우리의 피부는 유전체이며, 우리는 손가락에 정전기 전하를 가지고 있다. 우리가 터치하는 어떤 것들도 충전될 수 있다” 라고 Wang이 말했다.
자가 발전 특징이 편리한 혜택을 제공할 수 있으며, 무선 키보드에서 배터리의 필요성을 잠재적으로 제거해주지만, 기기의 주요한 영향은 개별적인 타이핑 패턴을 사용하거나 생체인식으로 습관을 사용함으로써 컴퓨터가 안전할 수 있도록 도움을 주는 것이라고 Wang은 믿고 있다.
“이것은 사용자들을 감지하기 위한 새로운 수단이 되는 잠재성을 가지고 있다. 이러한 시스템을 가지게 되면 손상된 패스워드가 컴퓨터에서 사이버 범죄를 만들 수 없도록 해줄 것이다. 몇 명의 사람들이 몇 단어를 타이핑하는 방법은 개별적이며, 특별한 것"이라고 그가 말했다.
키보드에 대한 인증 잠재력을 평가하기 위해서 연구팀은 104명의 사람들에게 “touch"라는 단어를 4번 타이핑하도록 요청하였으며, 만들어진 전기적 패턴을 기록하였다. 신호 분석 기술을 사용하여 그들은 낮은 에러율을 가진 개별적인 타이핑 패턴을 차별화할 수 있었다고 Wang이 말했다.
전통적인 키보드가 개별적인 역학적 키로 대체되고 있기 때문에, 지능형 키보드는 수직으로 쌓인 투명 필름 물질들로 구성된다. 연구원들은 최상위와 최하위 전극을 구성하는 두 개의 ITO(indium tin oxide)층 사이에 폴리에틸렌 테레프탈염산층을 가지고 시작하였다.
그 다음에 FEP(fluorinated ethylene propylene) 레이어가 ITO 표면에 적용되어 손가락을 터치하게 될 때 마찰전기 전하를 생성하는 대전 층으로서의 역할을 하게 되었다. FEP 나노와이어층은 반응성 이온 에칭을 통해서 노출된 FEP 표면을 형성하게 된다.
키보드의 동작은 콘택 대전과 정전기 유도 사이의 커플링에 기초하게 된다. 전통적인 키보드는 역학적인 스위칭에 기초하였다. 손가락이 FEP를 접촉하게 될 때, 전하는 콘택 인터페이스로 이동하게 된다. 즉, 피부로부터 주입된 전자가 물질로 이동하여 양전하를 만들게 된다.
손가락이 움직이게 될 때, FEP면의 음전하는 최상위 전극 위에서 양전하를 유도하게 되며, 동일한 양의 음전하들이 아래쪽의 전극을 유도하게 된다. 연속적인 키입력은 주기적인 전계를 만들게 되어 전극들 간에 왕복으로 움직이는 전자 흐름을 만들어내게 된다. 결국 모든 것이 소비될지라도, 장기간 동안에 전하가 FEP 표면에 남아있게 된다.
Wang은 새로운 스마트 키보드가 기존의 키보드와 가격 및 내구성 모두에서 경쟁이 될 것이라고 믿고 있다. 새로운 기기는 전자산업에서 폭넓게 사용되는 저가의 재료들을 사용하고 있다.
연구의 한 부분으로서 이 연구그룹은 습기, 먼지 및 기름이 적용되는 도전적인 조건 아래에서 키보드를 평가하였다. “키보드 위에 커피를 쏟을 수 있지만 어떠한 영향도 받지 않게 될 것이다. 왜냐하면, 이것은 플라스틱 판으로 만들어졌기 때문에 액체가 어떠한 손상도 주지 않을 것”이라고 Wang이 말했다.
이 연구는 12월 30일자 ACS Nano 저널 온라인판에 실리게 되었다. 이 연구는 미국 에너지부 기본에너지과학사무소(U.S. Department of Energy’s Office of Basic Energy Sciences)로부터 지원을 받고 있다.
Wang뿐만 아니라, 연구팀에는 GIT재료과학 및 공학과의 Jun Chen, 베이징 나노에너지 및 나노시스템연구소의 Guang Zhu, 충칭대학교의 Jin Yang, GIT의 Qingshen Jing, Peng Bai, Weiqing Yang, Yuanjie Su 및 리버사이드 캘리포니아대학교의 Xuewei Qi가 참여하고 있다.
