피부 부착형 냉·열감 인터페이스로 생생한 감각 전달해

한양대 융합전자공학부 정예환 교수팀이 미국 노스웨스턴대학교의 존 로저스 교수 연구팀의 박민수 박사, 유재영 박사와 함께 가상현실(VR)에서 단순 진동에 의한 감각경험을 넘어 사물의 온도를 재현하는 피부 부착형 냉·열감 구현 인터페이스를 개발했다. 해당 기술은 손뿐만 아니라 피부의 넓은 영역에 적용할 수 있어 VR 및 메타버스 체험 시 보다 생생한 감각체험을 가능하게 할 것으로 기대된다.

최근 VR/AR 그리고 텔레햅틱 등 메타버스 기술이 빠르게 발전하면서 세계적으로 인공감각 기술 개발이 활발하게 진행되고 있다. 햅틱(haptic)은 입력장치를 통해 촉각과 힘, 운동감 등을 느끼게 하는 인공감각 기술이다. 기존의 상용 햅틱 기기들은 장갑 또는 전신 수트 형태로 상용화되어 있다. 하지만 너무 크거나 무겁고 피부에 전달할 다양한 자극의 공간 분해능이 떨어지거나 유선 시스템으로 인한 행동 제약이 있다. 또한 열적 감각을 제공하는 시스템에 대한 연구는 활발하게 진행되지 않았다.

정 교수팀은 그 대안으로 미세 크기의 냉 패치와 줄 히터(Joule heater: 정확하고 빠르게 온도를 제어하는 전기적 장치)를 이용한 신축성 피부 부착형 냉·열감 구현 인터페이스인 t-eVR(Thermally Controlled Epidermal VR)을 개발했다. t-eVR은 기존에 상용화된 디바이스들에 비해 얇고 가벼우며, 블루투스를 이용한 통신 및 무선 구동이 가능하도록 설계되어 행동의 제약을 최소화할 수 있다.

그뿐만 아니라 냉각 모드와 가열 모드를 빠르고 전력 효율적인 방식으로 구현했으다. 이에 따라 효과적인 냉·열감 감각을 다양한 자극 패턴으로 보다 넓은 영역의 피부에 전달할 수 있고 정확한온도 제어가 가능하다. t-eVR 디바이스는 기존 햅틱 기기보다 더 가볍고 자유롭게 디자인이 가능하다. 또한 무선 통신 기능, 그래픽 사용자 인터페이스, 인터넷을 통한 편리한 접근성 등 다방면에서 한층 더 발전됐다.

본 기술은 VR외에도 활용도가 매우 높을 것으로 예상된다. 정 교수팀은 개발된 t-eVR 디바이스에서 전송된 온도 정보를 클라우드 서버에 연결하여 20km 떨어져 있는 위치에서도 자극 패턴을 전송하거나, 모바일 IR 카메라를 통해 어떠한 물체의 온도 분포를 픽셀 단위로 감지하여 냉·열감 패턴을 디바이스에 실시간으로 전달하는 등 다양한 응용에도 성공했다. 해당 기술은 향후 엔터테인먼트, 교육 그리고 재활 및 원격 환자 케어 등에도 다양하게 응용할 수 있을 것으로 기대 된다.

정예환 교수팀의 해당 연구 결과는 세계 권위의 국제학술지 ‘미국국립과학원회보 (Proceedings of the National Academy of Sciences, IF 12.779)’ 1월 30일자에 게재되었다.

신축성 피부 부착형 냉·열감 인터페이스 모식도