전자통신연, LED로 평면서 입체 형상 만드는 '촉각 디스플레이' 개발

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 혁신적인 햅틱(촉각) 디스플레이 기술을 개발해 전 세계의 주목을 받고 있다.

이 기술은 향후 시각장애인용 정보전달 기기나 차량 인터페이스, 메타버스, 교육용 스마트기기 등 다양한 분야에 응용이 가능할 것으로 보인다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 광열 탄성가변 필름 기반의 입체화 촉감을 생성하는 디스플레이 기술을 개발했다고 16일 밝혔다.

이는 적외선 발광다이오드(LED)에서 빛의 세기를 조절해 매끄러운 필름 표면에서 수 밀리미터(㎜) 크기를 가지는 소자의 높낮이와 탄성을 자유자재로 변화시킬 수 있는 기술이다.

이 촉각 디스플레이는 점자와 문자는 물론 다양한 입체적 형상을 직접 표현할 수 있다. 무엇보다 부분별로 탄성과 온도를 정교하게 제어하는 방법으로 다양한 높이와 질감을 재현하는 것이 가장 큰 차이점이다.

기술의 핵심은 머리카락 두께를 가지는 얇은 두 개의 층으로 구성된 기능성 고분자 필름 구조에 있다.

LED에 마주하고 있는 하부 광열층은 빛을 흡수해 열을 발생시킨다. 상부 가변탄성층은 상온에서는 단단하지만 광열층의 열이 전달되면 유리-고무 전이를 일으켜 섭씨 약 50도 이상에서는 매우 부드럽게 된다.

이 상태에서 필름 아래쪽에 공기압을 가하면 빛으로 가열된 정도에 따라 필름이 부풀어 올라 사람이 만질 수 있는 입체 형상이 만들어진다. 직경 4㎜의 소자에서 만들어 낼 수 있는 입체 형상의 최대 높이는 일반 점자 디스플레이의 약 2배인 1.4㎜로 LED에서 조사하는 빛의 세기에 따라 0.1㎜ 단위로 정밀하게 제어도 가능하다.

특히 빛을 쬐는 것을 멈추면 상부층 온도가 낮아지며 필름이 다시 단단해지는 원리로 전력 소모 없이도 사용자가 만지며 누르는 힘을 견디도록 고정할 수 있다.

연구진은 이번 연구에서 광응답 열탄성 가변 소재 기반 입체화 소자 개발과 입체화 변형의 감각인지 모델 개발에 주력했다.

이 기술을 통해 시각장애인을 위한 고차원의 입체적 정보전달은 물론 차량에서의 가변 사용자인터페이스(UI), 만지고 교감하는 입체통화, 교육용 실물 모델 등 실감나는 촉각 인터랙션 구현이 가능해질 것으로 보인다.

윤성률 ETRI 탠저블인터페이스창의연구실장은 "촉각 디스플레이 기술을 한 차원 높은 수준으로 끌어올린 혁신적 성과"라며 "향후 대면적 광원 및 대면적 타일링 기술을 접목해 대형 입체화 디스플레이로 확장하고 셀 해상도를 높여 에너지 효율을 극대화할 계획”이라고 말했다.

황인욱 ETRI 책임연구원(제1 저자)은 "기존 점자형 촉각 디스플레이는 높이 조절이 불가능해 점자나 단순한 도형만 표현할 수 있었으나 이번 개발한 기술은 각 셀의 높낮이와 탄성을 자유자재로 제어해 실제와 흡사한 입체적 지형과 질감까지 구현할 수 있다”고 했다.

이번 연구는 ETRI 미래원천 창의전문연구실 '탠저블 시·촉각 상호작용을 위한 광 자극 기반 입체화 원천기술 개발'사업으로 수행됐다.

연구 성과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스'에 게재됐다.

memory4444444@news1.kr