기술과 솔루션
UNIST 배준범 교수팀, 손으로 만지고 느끼는 가상현실(VR) 장갑 개발
- 열·진동 전달하고 손 움직임 동시 측정 가능한 시스템 개발
- 액체 금속 프린팅으로 센서, 발열 히터, 도선 제작… Adv. Funct. Mater. 표지 게재
보는 가상현실에서 진화해 손으로 만지고 느끼는 가상현실 장갑 기술이 개발됐다. 장갑 제작에는 액체 금속을 인쇄하듯 찍는 기법이 쓰였다. 이번 연구는 첨단 기능성 재료 분야 권위 학술지인 어드밴스드 펑셔널 매터리얼즈(Advance Functional Materials)의 가상·증강현실 특별호 권두 표지논문으로 선정돼 9월 24일 자로 출판됐다.
장갑 위의 10개의 센서, 손가락 끝의 3개의 진동자, 손바닥의 8개의 히터가 표시되어 있음(좌측).
손바닥 부분의 히터에 열을 가했을 때의 온도를 열 감지 카메라를 이용하여 촬영한 모습(우측 상단)과 장갑을 이용하여
측정된 손가락 움직임을 가상의 손으로 구현한 모습(우측 하단).
연구진이 개발한 장갑은 5개 손가락의 10개 관절 각도를 실시간으로 측정할 수 있을 뿐만 아니라 열감과 진동도 여러 단계로 바꿀 수 있다.
이 때문에 손가락의 움직임을 가상화면에 즉석에서 보여줄 수 있고, 뜨거운 물 속 쇠공을 잡는 가상현실에서도 실제 뜨거운 물에 손을 넣다 뺀 것 같은 순차적 온도 변화를 느낄 수 있다. 또 손으로 금속 덩어리와 나무토막을 만졌을 때 온도 차이를 느끼는 것도 가능하다.
개발된 장갑 시스템은 자극 전달과 센서 기능이 통합됐기 때문에 비대면 메타버스 시대에 맞는 가상 기술 훈련이나, 게임, 엔터테인먼트 분야에 폭넓게 적용할 수 있다.
[그림 2] 액체 금속 프린팅 기술을 적용한 가상현실 체험 장갑 모식도
(상단) 개발한 장갑의 개념도. 장갑 위에는 5개 손가락 10개의 관절 움직임이 측정 가능한 센서,
엄지‧검지‧중지 끝에 진동자가 시트 형태로 제작되어 부착됐다. 또 장갑 아래에는 5개 손가락 끝,
손바닥의 3부분에 열을 발생시키는 히터가 시트 형태 히터가 있다.
(하단 좌측) 액체 금속을 프린팅하여 제작한 히터, (하단 우측) 액체 금속이 커넥터와 연결되는 부분의 확대도
이 장갑의 센서, 발열 히터, 도선 같은 주요 부품은 자체 개발한 액체 금속 프린팅 기법으로 얇고 정밀하게 제작돼 손가락을 굽히거나 움직여도 부품의 성능을 유지할 수 있다. 연구팀은 선행연구로 액체 금속 프린팅 기법을 이용한 고정밀 유연 센서 제작 기술을 개발했다.
배 교수는 “액체 금속 프린팅을 통해 센서, 히터, 도선의 기능을 한꺼번에 구현한 최초의 연구”며, “액체 금속 프린팅 기법을 이용한 다양한 착용형(웨어러블) 시스템의 개발에도 큰 기여를 할 연구”라고 설명했다.
리모컨으로 조작하는 가상현실 세계는 몰입감이 떨어진다. 현실에서는 손으로 물체를 만지거나 조작하기 때문이다. 페이스북처럼 메타버스 산업에 뛰어든 기업들이 손이나 손목의 움직임을 측정하는 기술을 앞다퉈 개발하는 이유다.
[그림 3] 개발한 장갑을 실제 VR에서 사용한 영상 캡쳐
따뜻한 물에 담긴 뜨거운 공을 잡는 동작을 수행함. 따뜻한 물에 손이 잠길수록 새끼손가락 부분부터
온도가 변하는 것을 볼 수 있으며, 뜨거운 공을 잡았을 때 손가락 끝에 진동이 발생하고,
공을 잡은 부분의 온도는 더 올라감. 공을 잡는 손가락 움직임은 장갑의 센서로 측정됨.
연구진은 개발한 장갑 시스템은 여기서 한 발 더 앞서 촉각까지 자극할 수 있다. 시각이 사람 감각의 약 70% 이상을 차지하는 특성상 기존의 가상현실 시스템은 주로 시각 정보를 전달하는 데 초점을 맞춰왔지만, 더 진짜 같은 가상현실 세계를 만들기 위해서는 다른 감각을 자극해야만 한다.
배 교수는 “개발된 가상현실 장갑은 4차 산업혁명의 핵심적인 기술로 언급되는 VR·AR 분야의 혁신적인 인터페이스가 될 것”이라고 기대했다. 배 교수는 액체 금속을 이용한 소프트센서 기술로 2017년에 ㈜필더세임(Feel the Same)을 창업해, 실험실 개발 기술의 상용화에 앞장서고 있다.
한편, 가상현실 기술은 최근 증강현실(Augmented Reality, AR)과 함께 훈련, 게임, 엔터테인먼트 등의 분야에 폭넓게 사용되고 있다. 그 시장 규모도 2027년까지 전 세계 약 621억 달러에 이를 것으로 예측된다.
이번 연구는 서울대학교 기계공학과 고승환 교수팀과 공동으로 수행되었으며, 한국연구재단 중견연구, 선도연구센터의 연구 지원을 통해 이뤄졌다.
* 논문명: A Liquid Metal Based Multimodal Sensor and Haptic Feedback Device for Thermal and Tactile Sensation Generation in Virtual Reality
문의: 대외협력팀 김학찬 팀장, 양윤정 담당 (052)217-1228
기계공학과 배준범 교수 (052)217-2335
