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  • 기사등록 2021-03-03 14:44:57
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▲ 한국전자통신연구원(ETRI)이 LED 광신호를 이용해 다양한 진동 자극을 만드는 기술을 개발했다. ETRI 황인욱 선임연구원이 LED 기반 필름형 햅틱 기술을 시연하고 있다.



[기계신문] 한국전자통신연구원(ETRI)이 LED 광신호를 이용해 다양한 진동 자극을 만드는 기술을 개발했다. 위치에 따라 다른 촉감을 낼 수 있고 광원(光源) 가격을 획기적으로 절감하며 크기도 줄일 수 있어 향후 자동차, 전자기기 등 다양한 분야에 접목할 수 있을 전망이다.


햅틱(Haptic) 기술은 촉각으로 사용자와 교감할 수 있는 인터페이스 기술이다. 터치스크린 기기와 원격 작업의 확산에 따라 스마트폰 진동뿐 아니라 가전, 의료기기, 게임 등 적용 분야가 많아지면서 정밀성과 안전성을 갖춘 기술 수요가 높아지는 추세다.


대표적인 햅틱기술 적용 사례로 스마트폰이나 태블릿 화면의 진동이 있다. 현재 상용화된 기술은 기기 전체가 모노 스피커와 같이 떨린다. 따라서 화면에 여러 손가락을 다른 위치에 대더라도 모두 같은 진동이 느껴진다.



▲ ETRI가 개발한 LED 필름형 햅틱 기술을 플렉서블 디스플레이에 적용시킨 프로토타입



ETRI가 만든 기술은 손가락의 위치에 따라 모두 다른 진동이 느껴지도록 만들어주는 기술이다. 온라인 쇼핑에서 상품의 재질감을 느끼는 등 여러 손가락을 동시에 활용하는 환경에 최적화될 전망이다.


현재 스마트폰이나 게임패드 등에는 모터에 달린 무게추의 움직임으로 진동을 만들어내고 있다. 기기 전체에 동일한 진동효과가 전달되어 부분별로 세밀한 촉감을 구현할 수 없는 단점이 있다.


최근 레이저를 이용하여 순간적 온도 변화에 따른 충격파로 진동을 만들어내는 기술이 개발된 바 있으나, 사용되는 레이저 가격이 수천만 원에 이르고 소형화가 어려워 상용화되지 못하고 있다.


ETRI 연구팀은 낮은 출력의 광신호를 진동으로 변환하는 기술을 개발하였다. 이로써 고가의 레이저 광원 대신 가격 수준이 1/10,000에 불과한 소형 LED를 여러 개 사용해, 각각 독립적으로 진동을 만들어내는 디스플레이를 제작할 수 있다.



▲ (2x2 배열) 광흡수 소재(PEDOT-Tos)가 코팅된 열탄성 필름



이번 개발 기술은 빛에너지를 흡수하여 열에너지로 전환하는 원리를 이용한다. 광-열 변환층이 코팅된 특수 필름에 빛을 쬐면 가열·냉각과 함께 소재의 열팽창율에 따라 필름이 변형·회복되면서 진동을 만드는 방식이다.


연구팀은 이 기술을 활용하여 1㎠ 단위로 9개의 구역을 가진 3×3 형태의 LED 배열을 만들어 각각의 구역에서 넓은 주파수 대역의 정밀한 진동 표현이 가능함을 기술적으로 증명해냈다. 향후 대면적화도 쉽게 가능하다.



▲ 특수 필름 표면에 3x3 영역별로 생성된 진동 촉감이 생성된 사진 패턴



최근 자동차의 전장은 버튼이나 다이얼 등의 전통적 조작장치 대신 터치스크린 하나에 내비게이션, 미디어, 공조 등 여러 제어기능이 통합되는 추세이다. 현재는 터치 입력에 대한 피드백이 매우 단순하게 제공되고 있으나, 이 기술을 활용하면 다이얼을 돌리는 촉감, 버튼을 누르는 촉감, 미는 촉감(슬라이드) 등을 동시에 만들어낼 수 있다.


특히, 필름층에 전기적 구조가 포함되지 않아 내구성이 우수하며 얇은 두께를 지닌 플렉시블 디스플레이에 적용하기에도 쉽다. 이로써 최근 활발해지고 있는 유연 소자 분야와 융합해 다양한 연구에 적용이 가능할 전망이다.


연구팀은 이번 기술을 시청각장애인용 정보 전달 기기에 접목해 점자를 보완하는 대안 기술로 활용할 수 있기를 기대하고 있다. 이외에도 자동차 전장, 터치스크린 기기, 전자기기 디스플레이, 스마트폰 등 다양한 분야에서 상용화 노력을 진행할 예정이다.



▲ LED 기반 필름형 햅틱 디스플레이의 구성과 동작원리



ETRI 신형철 휴먼증강연구실장은 “많은 정보를 촉감으로 전달할 수 있는 원천기술로 실용화 연구를 통해 시각장애인 등 정보 취약계층 지원에도 널리 쓰일 전망”이라고 말했다.


연구팀은 빛에너지에서 진동으로의 변환 효율을 높여 사람이 느끼기에 충분한 세기의 진동을 만들면서도 전력 소모를 줄이는 후속 연구를 계획 중이다.


이번 연구는 과학기술정보통신부 ‘인간 중심의 자율지능시스템 원천기술 연구’ 사업의 일환으로 수행되었으며, 연구 결과는 지난달 10일 미국 화학회(ACS) 주요 학술지 표지 논문으로 게재됐다. 연구팀은 이 기술과 관련해 10편의 논문 발표 및 7건의 특허를 출원했다.


기계신문, 기계산업 뉴스채널

오상미 기자 osm@mtnews.net

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