성균관대 등, 피부 위 전방향 촉각 자극 플랫폼 개발

- 현실감 넘치는 차세대 XR 인터페이스 주도

- XR, 감각 재활, 예술 인터페이스 등 다양한 활용 가능성 입증

피부 위 전방향 촉각 자극 유연 전자 시스템. (자료제공: 성균관대학교)

성균관대학교(총장 유지범)는 반도체융합공학과 유재영 교수 연구팀이 미국 노스웨스턴대학교 존 로저스 교수 연구팀의 하경호 박사와의 공동 연구를 통해 피부 부착형 무선 전방향 촉각 자극(햅틱) 인터페이스 기술을 개발했다고 4월 2일 밝혔다. 

이번 연구는 다양한 촉각 수용기를 정밀하게 자극할 수 있는 ‘다자유도 햅틱 액추에이터(FOM: Full Freedom-of-Motion Actuator)’를 제안하고, 이를 바탕으로 현실감 높은 확장현실(XR) 체험 및 감각 대체 인터페이스 구현의 가능성을 열었다는 점에서 주목받고 있다.

피부에 부착 가능한 본 촉각 자극 장치는 세 방향의 전자기 코일을 중첩 배열한 구조로, 전류를 통해 발생하는 자기장을 정밀하게 제어하여 피부 표면에 수직·수평·비틀림 자극을 가할 수 있다. 특히 하나의 자석 또는 4개의 자석을 통합한 구조를 통해 다양한 기계적 자극을 동시에 생성할 수 있으며, 이에 따라 사용자는 피부에서 현실적인 촉각을 느낄 수 있다. 

기존 햅틱 기술의 한계였던 단방향 진동 중심의 자극에서 벗어나, 이번 연구는 고해상도 촉감 정보의 실시간 전달과 인간의 피부 감각 수용기를 고려한 자극 메커니즘을 구현함으로써 몰입형 XR 경험의 핵심 기술로 평가된다.

연구진은 손등이나 손가락, 팔 등에 부착한 소형 촉각 자극 장치를 통해 시각장애인을 위한 손 위치 내비게이션을 구현했으며, 시각 정보 없이도 정확한 손의 움직임과 물체 접근이 가능함을 입증했다. 또한 천이나 금속과 같은 다양한 질감 정보를 촉각 자극으로 재현함으로써 가상 객체의 표면 감각을 실제처럼 전달하는 데 성공했다. 

특히 음악의 경우, 음성, 드럼, 기타 등 서로 다른 악기의 주파수 정보를 서로 다른 방향의 진동 자극으로 변환하여, 청각이 없는 상태에서도 음악의 구성 요소를 촉각으로 인식할 수 있도록 구현함으로써 우수한 정보 전달 능력을 입증했다.

이번 기술은 작고 가벼우면서도 고해상도의 촉각 정보를 제공할 수 있는 웨어러블 디바이스로 확장 가능하며, 단일 장치에서도 높은 정보전달량(2.8bit)을 보장한다는 점에서 기존 촉각 자극 기술과 차별화된다. 또한 블루투스를 통한 무선 제어, 피부 접촉에 최적화된 유연한 소재 구조 등 사용자 중심의 인터페이스 디자인을 갖추고 있어 향후 XR 기반의 게임, 의료 훈련, 재활 치료, 감각 보조 디바이스 등 다양한 응용 분야에서의 활용이 기대된다.

성균관대 유재영 교수는 “이번 연구는 인간의 다양한 촉각 수용기를 물리적으로 자극할 수 있는 정교한 액추에이터 기술을 통해, 감각 손상 환자를 위한 보조 기술뿐만 아니라 보다 몰입감 있는 XR 체험을 위한 핵심 인터페이스 기술로 확장될 수 있는 가능성을 제시했다”고 설명했다.

이번 연구 성과는 한국연구재단 글로벌기초연구실 사업과 산업통상자원부 로봇산업핵심기술개발 사업의 지원을 받아 국제 공동 연구 협력이 진행됐다.

[Ceramic Korea (세라믹뉴스)=이광호 ]