피부 위 전방향 촉각 자극 플랫폼 개발, 현실감 넘치는 차세대 XR 인터페이스 주도

- 국제공동연구로 XR, 감각 재활, 예술 인터페이스 등 다양한 활용 가능성 입증

▲ (왼쪽부터) 반도체융합공학과 유재영 교수, 미국 노스웨스턴대학교 하경호 박사

반도체융합공학과 유재영 교수 연구팀이 미국 노스웨스턴대학교 존 로저스 교수 연구팀의 하경호 박사와의 공동 연구를 통해 피부 부착형 무선 전방향 촉각 자극(햅틱) 인터페이스 기술을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구는 다양한 촉각 수용기를 정밀하게 자극할 수 있는 ‘다자유도 햅틱 액추에이터(FOM: Full Freedom-of-Motion Actuator)’를 제안하고, 이를 바탕으로 현실감 높은 확장현실(XR) 체험 및 감각 대체 인터페이스 구현의 가능성을 열었다는 점에서 주목받고 있다.

피부에 부착 가능한 본 촉각 자극 장치는 세 방향의 전자기 코일을 중첩 배열한 구조로, 전류를 통해 발생하는 자기장을 정밀하게 제어하여 피부 표면에 수직·수평·비틀림 자극을 가할 수 있다. 특히 하나의 자석 또는 4개의 자석을 통합한 구조를 통해 다양한 기계적 자극을 동시에 생성할 수 있으며, 이에 따라 사용자는 피부에서 현실적인 촉각을 느낄 수 있다. 기존 햅틱 기술의 한계였던 단방향 진동 중심의 자극에서 벗어나, 이번 연구는 고해상도 촉감 정보의 실시간 전달과 인간의 피부 감각 수용기를 고려한 자극 메커니즘을 구현함으로써 몰입형 XR 경험의 핵심 기술로 평가된다.

▲ 피부 위 전방향 촉각 자극 유연 전자 시스템

연구진은 손등이나 손가락, 팔 등에 부착한 소형 촉각 자극 장치를 통해 시각장애인을 위한 손 위치 내비게이션을 구현했으며, 시각 정보 없이도 정확한 손의 움직임과 물체 접근이 가능함을 입증했다. 또한 천이나 금속과 같은 다양한 질감 정보를 촉각 자극으로 재현함으로써 가상 객체의 표면 감각을 실제처럼 전달하는 데 성공했다. 특히 음악의 경우, 음성, 드럼, 기타 등 서로 다른 악기의 주파수 정보를 서로 다른 방향의 진동 자극으로 변환하여, 청각이 없는 상태에서도 음악의 구성 요소를 촉각으로 인식할 수 있도록 구현함으로써 우수한 정보 전달 능력을 입증했다.

▲ 인간의 피부 감각 수용기를 고려한 자극 메커니즘을 활용한 전방향 촉각 자극 기술

이번 기술은 작고 가벼우면서도 고해상도의 촉각 정보를 제공할 수 있는 웨어러블 디바이스로 확장 가능하며, 단일 장치에서도 높은 정보전달량(2.8bit)을 보장한다는 점에서 기존 촉각 자극 기술과 차별화된다. 또한 블루투스를 통한 무선 제어, 피부 접촉에 최적화된 유연한 소재 구조 등 사용자 중심의 인터페이스 디자인을 갖추고 있어 향후 XR 기반의 게임, 의료 훈련, 재활 치료, 감각 보조 디바이스 등 다양한 응용 분야에서의 활용이 기대된다.

유재영 교수는 “이번 연구는 인간의 다양한 촉각 수용기를 물리적으로 자극할 수 있는 정교한 액추에이터 기술을 통해, 감각 손상 환자를 위한 보조 기술뿐만 아니라 보다 몰입감 있는 XR 체험을 위한 핵심 인터페이스 기술로 확장될 수 있는 가능성을 제시했다”고 설명했다.

이번 연구 성과는 한국연구재단 글로벌기초연구실 사업과 산업통상자원부 로봇산업핵심기술개발 사업의 지원을 받아 국제 공동 연구 협력이 진행되었다.

※ 논문명: Full freedom-of-motion actuators as advanced haptic interfaces

※ 저널: Science

※ 게재일자: 2025년 3월 28일

※ DOI: 10.1126/science.adt2481