한국전자통신연구원, 피부 부착형 원격 햅틱 시스템 아티클 공개

한국전자통신연구원 (ETRI)이 손가락 끝에 스티커처럼 부착해 원격으로 촉각을 실시간으로 전달하는 텔레햅틱 기기를 개발했다. 초소형화를 통한 세계 최고 수준의 성능과 사용성으로 메타버스와 리얼 촉각 경험에 몰입감을 더할 것으로 기대된다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 기존 촉각 재생 기기의 몰입 장애를 해결하고 피부에 밀착돼 더욱 생생한 촉각 경험을 제공하는 피부 부착형 텔레햅틱 기술을 개발했다고 밝혔다.

이 기술은 전자공학 분야 세계 최고 권위지인 NPJ Flexible Electronics에 게재됐다.

이 기술은 터치와 질감의 독특한 진동 패턴을 사용합니다. 촉각 수집 센서와 촉각 재생 액추에이터를 통해 사람들은 현실에서 물체를 만지지 않고도 가상으로 질감을 느낄 수 있습니다.

ETRI는 지난해 4월 텔레햅틱 기술 공개에 이어 손가락에 스티커처럼 붙일 수 있는 형태로 기술 고도화에 성공했다.

기존 촉각 재생 장치의 대용량과 낮은 성능을 해결했다. 몰입도 높은 사용자 경험을 위해서는 피부에 밀착될 만큼 얇으면서도 정밀한 촉감과 질감 재현이 필수적이다.

연구팀은 자체 개발한 압전소자와 초박형 유연기판을 이용해 1mm 이하의 미세한 센서와 액추에이터를 기판에 정밀하게 집적했다. 기질은 사람 머리카락의 1/20 두께(약 4㎛)로 얇고 구부릴 수 있어 피부 부착에 적합하다.

1.8mm 간격으로 미세하게 구성된 고해상도 복합센서는 1~1,000Hz의 넓은 주파수 범위에서 촉각 패턴을 느낄 수 있다. 느리게 변하는 압력(정압)과 빠르게 변하는 압력(동압)을 동시에 측정해 세계 최고 수준의 성능을 입증했다.

특히 이 성과는 면, 폴리에스터, 스판덱스 등의 소재는 물론 볼록하게 튀어나온 글자 표면의 형태와 손가락 끝에서 플라스틱 막대가 구르는 역동적인 느낌까지 측정하고 재현할 수 있다. 고해상도 센서가 위치별로 미세하게 다른 촉각 패턴도 인식하기 때문이다.

ETRI가 개발한 피부 부착형 텔레햅틱 기술은 블루투스 통신을 이용해 최대 15m 거리에서 실시간으로 촉각을 재현할 수 있다. 특히 촉각/질감 데이터 신호를 전송할 때의 지연 시간은 1.55밀리초(ms)에 불과했고, 획득 및 재생 신호는 약 97% 일치했다. 이것은 신호 전송의 어색함을 제거합니다.

연구팀은 이 기술이 ▲초박형 고연성 기판 ▲정적/동적 고해상도 복합 압력 센서 ▲고출력 초소형 압전 액추에이터 ▲압전 센서/액추에이터의 신호 처리 및 구동 ▲복합 촉각/텍스처 데이터 제어 및 무선 통신 연동 기술을 통합한 결과물이라고 밝혔습니다.

ETRI 지능형센서연구실 김혜진 책임연구원은 “가볍고 유연하며 피부에 부착할 수 있는 피부 촉각 재구현 소자를 통해 몰입감 높은 가상/ 증강현실 콘텐츠를 구현할 수 있도록 환경을 만들어나가는데에 한발짝 더 다가설 수 있게되었다."라고 밝혔습니다.

연구팀은 앞으로 압전소자의 성능과 폼팩터를 혁신적으로 고도화해 진동뿐만 아니라 다양한 촉각 자극을 결합해 현실에 맞는 복합 촉각과 질감 수준을 만들어낼 계획이라고 밝혔다.

또한 압전소자 및 구조 설계를 더욱 고도화해 출력 성능을 높이고 온열감과 냉감을 더해 보다 실감나는 복합 센서와 액추에이터를 구현할 계획이다.

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이번 연구는 과학기술정보통신부의 “고압전 계수 복합 및 초저전력 다층 압전 센서/액추에이터 다기능 모듈 기술 개발”로 수행됐다.