HANYANG BK21 FOUR

WEBZINE VOL.7

BK21 교육연구단(팀) 우수사례

Vol.7 / 2024.07

융합 IT 미래인재양성 교육연구단(융합전자공학과)

VR(가상현실) 속 피부에 통합 가능한
열/냉감 및 촉각 자극 인터페이스 개발

한양대 융합전자공학과 정예환 교수 연구팀

한양대학교 융합전자공학부 정예환 교수팀이 성균관대학교 반도체융합공학과 유재영 교수 연구팀, 미국 노스웨스턴대학교의 존 로저스 교수팀의 김재환 박사와 함께 혁신적인 피부 통합형 열/냉감 촉각 자극 시스템을 개발하였습니다.

▲왼쪽부터 한양대 융합전자공학과 정예환 교수 / 성균관대학교 반도체융합공학과 유재영 교수

이 시스템은 가상 및 증강 현실(AR/VR) 환경에서 단순한 진동을 넘어, 실제 사물과 유사한 냉감과 열감을 재현할 수 있습니다.

‘한양의 우수 연구자’ 금주의 우수 논문으로 선정된 해당 시스템은 피부 전체에 분포된 기계 수용체와 열 수용체를 타겟하여, 외부 자극을 감지하는데 필수적인 역할을 하는 감각 신경의 수용체를 피부와 완벽하게 통합해 빠르게 자극할 수 있습니다.

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기존의 햅틱 시스템은 낮은 공간 해상도, 높은 전력 소모량, 좁은 동적 범위, 느린 응답 시간 등 여러 엔지니어링적 한계로 인해 개발 초기 단계에 머무르며 사용자의 몰입도를 방해해 왔습니다. 그러나 해당 시스템은 이러한 과제의 해결하기 위해 진동 변위를 향상시키고 고속으로 작동하는 열 자극의 프로그래밍 패턴을 제공하여, 피부의 넓은 부위에 효과적으로 확장할 수 있는 형태로 제작되었습니다.이 열/냉감 및 촉각 자극 인터페이스는 얇고 유연한 소재, 구조적 설계로 부드러운 엘라스토머를 활용하여 피부에 동적인 시공간적 자극 패턴을 생성하고 기계적으로 최적화된 레이아웃으로 단단한 구성요소들과 결합하여 피부에 밀착될 수 있도록 설계되었습니다. 이러한 플랫폼은 피부의 곡률에 따라 등각적으로 부착되며 등, 가슴, 다리, 팔과 같은 신체의 거의 모든 위치에 장착될 수 있습니다.특히, 이 시스템은 신체 부위의 지각에 대한 2점 구별 임계점 값에 일치하는 19mm 중심 간 분리로 배열된 개별적으로 주소 지정 가능한 15개의 열 촉각 자극기 어레이가 포함합니다. 각 자극기에는 소형 열전 셀 위에 수직으로 결합된 소형 편심 회전 질량(ERM) 진동 액추에이터가 포함됩니다.

제안된 기술은 실시간 다중 감각인식 기술과 함께 로봇 의수 및 터치 디스플레이에 적용되어 실시간으로 사용자에게 감각을 전달하는 피드백 시스템을 성공적으로 구현했습니다. 이번 연구 성과는 AR/VR 기술의 몰입감을 한층 더 높이는 것뿐만이 아니라 감각 신경 손상 환자, 군사훈련, 가상 의료 시술 등 많은 응용 분야에서 큰 도움이 될 것으로 기대됩니다.

현재 정예환 교수는 이번 연구 성과와 여러 연구 경험을 바탕으로 지속적으로 햅틱 시스템 분야의 기술 발전을 위해 연구하고 있습니다. 정 교수는 차세대 가상 및 증강 현실 기술의 핵심 요소인 촉각 피드백 시스템을 개발하는데 주력하고 있으며, 이를 통해 보다 몰입감 있는 사용자 경험을 제공하는 것을 목표로 하고 있습니다.

정예환 교수팀의 해당 연구 결과는 세계 권위의 국제학술지 ‘미국국립과학원회보 (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, IF 11.1) 게재되었습니다.
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