기사 메일전송
  • 기사등록 2021-09-27 12:00:04
기사수정

[기계신문] 가상현실(Virtual Reality, VR)은 사람의 다양한 감각을 자극하여 실제로 존재하지 않는 현실을 경험하도록 하는 것이다. 최근 증강현실(Augmented Reality, AR)과 함께 훈련, 게임, 엔터테인먼트 등의 분야에 폭넓게 사용되고 있으며, 2027년까지 전 세계 약 621억 달러의 시장이 형성될 것으로 전망된다.


VR 환경을 만들기 위해서는 사람의 다양한 감각을 자극할 필요가 있다. 시각이 사람 감각의 약 70% 이상을 차지하고 있기 때문에, 기존의 VR 시스템은 주로 시각 정보를 전달하는 형태로 개발되어 왔다. 하지만 몰입감 높은 VR을 위해서는 더 많은 정보와 상호작용이 필요하다.


손은 사람의 신체에서 매우 작은 부분이지만 감각, 운동 기능에 매우 중요한 역할을 한다. 손, 손가락이 없다면 일상 생활의 대부분이 가능하지 않을 것이라는 것은 쉽게 상상할 수 있다. 따라서 몰입감 높은 VR을 위해서는 손, 손가락의 움직임을 측정하고, 적절한 자극을 주는 것이 필수적이다.


최근 UNIST 기계공학과 배준범 교수 연구팀이 가상현실에서 물체를 만질 때 실제 물체를 만지는 것 같은 열감과 진동을 사용자에게 전달하는 장갑 시스템을 개발했다.



▲ (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. (좌하단) 액체 금속을 프린팅하여 제작한 히터. (우하단) 액체 금속이 커넥터와 연결되는 부분의 확대도



장갑의 고정밀 유연 센서가 사용자 손 움직임을 측정해 가상현실로 전달하고 가상세계의 열과 진동 같은 자극을 손으로 다시 피드백하는 기술이다. 연구팀이 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.



▲ 개발한 장갑으로 열과 움직임을 구현함. 장갑 위의 10개의 센서, 손가락 끝의 3개의 진동자, 손바닥의 8개의 히터가 표시되어 있음(좌단). 손바닥 부분의 히터에 열을 가했을 때의 온도를 열감지 카메라를 이용하여 촬영한 모습과(우상단) 장갑을 이용하여 측정된 손가락 움직임을 가상의 손으로 구현한 모습(우하단)



이 장갑의 센서, 발열 히터, 도선 같은 주요부품은 자체 개발한 액체금속 프린팅 기법으로 얇고 정밀하게 제작돼 손가락을 굽히거나 움직여도 부품의 성능을 유지할 수 있다. 연구팀은 선행연구로 액체금속 프린팅 기법을 이용한 고정밀 유연 센서 제작 기술을 개발했다.


배준범 교수는 “액체금속 프린팅을 통해 센서, 히터, 도선의 기능을 한꺼번에 구현한 최초의 연구”며 “액체금속 프린팅 기법을 이용한 다양한 착용형(웨어러블) 시스템의 개발에도 큰 기여를 할 것”이라고 설명했다.


리모컨으로 조작하는 가상현실 세계는 몰입감이 떨어진다. 현실에서는 손으로 물체를 만지거나 조작하기 때문이다. 페이스북처럼 메타버스 산업에 뛰어든 기업들이 손이나 손목의 움직임을 측정하는 기술을 앞 다퉈 개발하는 이유다.



▲ 개발한 장갑을 실제 VR에서 사용한 영상 캡처. 따뜻한 물에 담긴 뜨거운 공을 잡는 동작을 수행. 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 측정



연구팀이 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 것으로 기대한다”고 언급했다. 배 교수는 액체금속을 이용한 소프트센서 기술로 2017년에 ㈜필더세임(Feel the Same)을 창업해, 실험실 개발 기술의 상용화에 앞장서고 있다.


한편, 이번 연구는 서울대학교 기계공학과 고승환 교수팀과 공동으로 수행되었으며, 한국연구재단 중견연구, 선도연구센터의 연구 지원을 통해 이뤄졌다.


연구 결과는 첨단 기능성 재료 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 매터리얼즈(Advance Functional Materials)’의 가상·증강현실 특별호 권두 표지논문으로 선정돼 9월 24일자로 출판됐다.


기계신문, 기계산업 뉴스채널

한음표 기자 hup@mtnews.net

관련기사
기사수정
나도 한마디
※ 로그인 후 의견을 등록하시면, 자신의 의견을 관리하실 수 있습니다. 0/1000
서브광고_우진테크
서브우측_대성지티
서브우측_드라스타
서브광고_오토기전
서브광고_영기풀리미
서브우측_글로벌자동기기
서브우측_휴먼터치
서브우측_태진기전
서브우측_에프엠이(스핀들)
모바일 버전 바로가기