반지 하나로 가상 물체의 단단함과 크기를 실제처럼 느끼는 기술이 나왔다.
한국연구재단은 김선국 성균관대 교수팀이 스위스 로잔공대(EPFL)와 공동으로 반지 형태의 초경량 웨어러블 햅틱 장치 ‘오리링(OriRing)’을 개발했다고 12일 밝혔다.
이 장치는 무게 18g에 불과하지만 손가락에 최대 6.5N의 힘을 전달해 가상 세계의 감각을 현실처럼 느끼게 한다.
그동안 가상현실(VR)에 적용하는 햅틱(Haptic) 장치는 진동이나 열을 이용해 느낌만 흉내 내는 방식이 많았다. 실제 물체의 저항력을 직접 전달하는 장치는 구조가 무겁고 부피가 커서 일상에서 착용하기 어렵다.
연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 사용자의 손동작에 따라 발생하는 힘의 방향과 크기를 정밀하게 측정하는 3축 힘 센서를 고안했다.
이번 연구의 핵심은 레이저 가공을 활용한 3축 힘 센서다.
연구팀은 유연성과 신축성이 좋은 고분자 재료인 폴리머 표면에 레이저로 서로 다른 높이의 미세 피라미드 구조를 만들었다.
이 센서는 2×2 픽셀 구조로 설계해 하나의 유닛만으로 위아래로 누르는 힘과 옆으로 미는 힘을 동시에 측정한다.
이를 통해 센서가 얇고 유연하면서도 힘의 방향을 명확히 구분할 수 있다.
오리링은 구동부를 제외한 무게가 18g으로 가볍지만, 최대 6.5N의 힘 피드백을 제공해 소형 웨어러블 장치로서는 매우 높은 힘 대비 무게 성능을 구현했다.
이 장치가 전달하는 6.5N의 힘은 질량 663g인 물체를 들어 올리는 힘과 유사하다.
때문에 사용자는 이 반지를 끼고 가상 물체를 만지면 그 물체가 얼마나 단단한지, 크기는 어느 정도인지 손끝으로 즉각 느낄 수 있다.
아울러 손가락 동작만으로 가상 물체의 물리적 특성을 실시간으로 변화시키는 양방향 상호작용도 가능하다.
이 기술은 최근 주목받는 피지컬 인공지능(AI)과 결합해 활용도가 더욱 높아질 전망이다.
이를 적용한 오리링을 활용하면 사용자가 로봇을 원격 조작할 때 로봇이 접촉하는 물체의 저항을 직접 느끼며 정밀하게 작업할 수 있다.
또 재활 치료에서 환자의 손가락 힘 조절 훈련이나 미세 운동 능력 회복을 돕는 도구로도 활용할 수 있다.
김 교수는 “오리링은 액세서리처럼 편하게 끼면서도 기존 장갑형 기기보다 힘 대비 무게 성능이 뛰어나다”며 “가상현실과 게임은 물론 의료, 원격 로봇 조작 등 여러 분야로 확장이 기대된다”고 말했다.
한편, 이번 연구결과는 지난달 국제학술지 ‘네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)’에 게재됐다.
(논문명 : An 18 g Haptic Feedback Ring with a Three-Axis Force-Sensing Skin / 저자 강선주 박사(제1저자/성균관대학교, 노스웨스턴대학교), 무스타파 메테(Mustafa Mete) 박사 (제1저자/로잔공대), 스리니바스 간들라 (Srinivas Gandla) 박사, 딜라 튀르크멘(Dila Türkmen) 박사, 로힛 카둔감파람빌 존(Rohit Kadungamparambil John), 메르베 아세르 칼라파트(Merve Acer Kalafat) 교수, 김선국 교수(교신저자/성균관대학교), 제이미 백 교수 (교신저자/로잔공대))
