원격으로 물체 촉감 느낄 수 있는 기술 개발

한국전자통신연구원(ETRI, 원장 김명준)이 원격으로 물체를 만져보고 느껴볼 수 있는 촉감 기술을 개발했다. 외산 기술에 의존하던 핵심소재 개발에도 성공, 세계 수준의 성능을 나타내며 차세대 햅틱 분야 선도에 한 발짝 다가섰다고 ETRI는 평가했다.

22일 ETRI는 가상, 증강현실 몰입감을 극대화하고 원거리에서도 촉감으로 의사소통할 수 있는 압전소재를 개발, 센서와 액추에이터를 통해 차세대 텔레햅틱(tele-haptic) 기술을 제시했다고 밝혔다.

이번 텔레햅틱 기술은 재료 분야 세계 최고 권위지인 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈에 지난달 게재됐다. ETRI 연구진은 텔레햅틱 기술을 사용해 최대 15 미터(m) 원격에서도 금속이나 플라스틱, 고무와 같은 촉질감을 느끼는 기술개발에 성공했다고 설명했다. 연구진은 향후 한국에 있는 애완견을 미국에서 쓰다듬으며 털의 부드러움까지 느낄 수 있는 기술 개발에 도전한다고 말했다.

이처럼 원격에서 사물의 촉질감을 느끼려면 센서, 액추에이터, 통신, 구동 드라이버가 필요하다. 연구진은 실험실 수준에서 블루투스 통신을 사용했고, 획득 및 재현된 신호가 약 97% 일치했다고 설명했다. 특히 데이터 신호 전달과정에서 지연이 거의 없어 실시간으로 감각을 느낄 수 있다.

ETRI 연구진은 촉감까지 주고받는 촉각 커뮤니케이션을 구현, 센서로는 촉각 정보를 수집하고 액추에이터는 수집된 정보를 동일한 감각으로 복제 및 재현한다. 연구진이 만든 압전센서는 일본대비 열악한 '소부장' 산업 열세 극복에도 큰 도움이 될 전망이다.

ETRI 연구진이 개발한 유연 나노복합체 기반 압전 센서(13분할)와 액추에이터

현재 사용 중인 세라믹, 폴리머 압전소재 대비 유연성을 확보하면서도 세계적 수준의 압전 성능을 확보했다는 게 연구진 설명이다. ETRI는 그동안 연구진이 10년 넘게 개발해온 센서 및 액추에이터 관련 원천기술 덕분에 이번 성과가 나올 수 있었다고 진단했다.

특히, 압전 액추에이터에는 기존 단순 적층 세라믹 구조를 뛰어넘는 높은 출력과 변위 특성을 확보할 수 있는 멀티몰프 구조를 적용해 최대 11배의 변위 차이를 이뤄냈다. 압전 액추에이터의 빠른 응답성과 높은 출력, 변위 특성은 촉감을 생생히 재현하도록 만드는 최대 요소다.

아울러, 연구진은 약 30 마이크로미터(㎛) 두께의 압전복합체 센서를 유연 기판 위에 인쇄 형성해 최대 13채널(분할)까지 패터닝한 압전센서를 만들었고, 최소 1mm 사이즈의 다양한 압전 액추에이터를 어레이로 제작해 센서에서 수집한 촉질감 데이터를 그대로 재현했다고 설명했다.

이는 향후 노트북이나 태블릿에 적용할 수 있도록 대면적화하기에도 용이하다. 패터닝된 압전 센서 및 액추에이터를 통해 두드리거나 누르는 위치 뿐 아니라 표면 거칠기, 마찰 등의 질감 정보도 제대로 전달할 수 있다. 압전 액추에이터 진동은 손을 올려놓으면 고스란히 느껴지며 위에 올려놓은 너트가 튕겨 나갈 정도로 강력하다. 특히 이번 기술은 원격으로 촉감은 물론 질감, 소리까지 전달할 수 있다고 ETRI는 밝혔다. 연구진은 ‘E T R I’라는 글자를 모스 부호로 전달해 원격으로 메시지를 전달하는 시연도 성공했다.

압전소재 특성상 저전력으로도 사람이 인지하지 못할 만큼 빠르게 반응하며 구부리거나 누르면 전하가 발생해 전원이 없어도 100 볼트 이상의 순간전압을 생산할 수 있는 장점도 있다.

연구진은 이번 기술의 핵심이 ▲고압전성 유연 복합체 센서 ▲고출력 멀티몰프 압전 액추에이터 ▲압전 센서 및 액추에이터 신호처리 및 구동 ▲복합 촉질감 데이터 제어 및 무선통신 연동 등이라고 밝혔다.