"가상 물체를 실제처럼" 반지형 초경량 촉각 장치 개발

가상현실(VR)의 물체를 실제처럼 느낄 수 있게 하는 반지형 '초경량 촉각 장치'가 국내에서 개발됐다.

한국연구재단은 김석국 성균관대 교수 연구팀이 스위스 로잔공대(EPFL)와 공동으로 레이저 가공 기반의 3축 힘 센서를 개발해 반지 형태의 초경량 웨어러블 햅틱 장치 '오리링(OriRing)'에 적용, 손가락 단위의 촉각 피드백을 구현하는 데 성공했다고 12일 밝혔다.

한국연구재단 제공

웨어러블 햅틱 장치는 최근 피지컬 인공지능(AI)과 결합해 가상세계의 감각을 현실로 전달하거나 신체 기능을 보조하는 용도로 활용도를 높여가고 있다. 피지컬 AI는 생성형 AI와 다르게 몸체를 가진 AI로 센서를 통해 현실을 인지하고 물리적으로 행동한다.

다만 기존 햅틱 장치는 진동, 열 등 피부 자극 방식에 의존해 물체의 힘과 질감을 사실적으로 전달하는 데 한계가 따랐다. 또 관절 수준에서 힘을 직접 전달하는 햅틱 장치는 구조적으로 무겁고 부피가 큰 탓에 착용하는 데 불편함도 있었다.

공동연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 사용자의 손동작으로 발생하는 다축 힘을 정밀하게 감지하는 3축 힘 센서를 개발하고 이를 초경량 웨어러블 햅틱 장치인 '오리링'으로 구현했다.

3축 힘 센서는 레이저 가공으로 폴리머(Polymer, 고분자) 표면에 서로 다른 높이의 미세 피라미드 구조를 형성해 힘의 방향과 크기에 따라 전기신호가 명확하게 구분되도록 개발됐다. 2×2픽셀 구조로 설계된 이 센서는 하나의 유닛으로도 수직 방향의 힘과 수평 방향의 힘을 동시에 측정할 수 있어 3축 힘 감지가 가능한 게 특징이다.

특히 이 센서를 적용한 오리링은 구동부를 제외한 무게가 18g에 불과하며 최대 6.5N(질량 663g 물체를 들어 올리는 힘)의 피드백을 제공해 소형 웨어러블 장치로써는 최고 성능을 구현했다.

공동연구팀은 실제 사용자가 오리링을 착용했을 때 손가락 움직임에 따라 가상 물체의 크기와 강성을 촉각 피드백으로 즉각 전달받을 수 있는 것을 확인하고 손가락 동작만으로 가상 물체의 물리적 특성을 실시간 변화시키는 등 새로운 상호작용 방식도 제시했다.

김 교수는 "오리링은 액세서리 수준의 착용성을 유지하면서도 기존 장갑형 햅틱 기기보다 뛰어난 힘 대비 무게 성능을 보인다"며 "이는 향후 가상현실과 게임은 물론 재활·의료, 원격 로봇 조작 등 다양한 분야로 활용도를 확장할 가능성을 엿보게 한다"고 말했다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 브레인링크사업, 나노미래소재원천기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구 성과(논문)는 최근 국제 학술지 '네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)' 온라인판에 게재됐다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr