한국전자통신연구원(ETRI)은 3일 LED 광신호를 이용해 다양한 진동 자극을 만드는 기술을 개발했다. 위치에 따라 다른 촉감을 낼 수 있고 광원(光源) 가격을 획기적으로 절감하며 크기도 줄일 수 있어 향후 자동차, 전자기기 등 다양한 분야에 접목할 수 있을 전망이다.

본 기술은 지난달 10일, 미국 화학회(ACS) 주요 학술지 표지 논문으로 게재되며 기술력을 널리 인정받았다.

햅틱(Haptic) 기술은 촉각으로 사용자와 교감할 수 있는 인터페이스 기술이다. 

터치스크린 기기와 원격 작업의 확산에 따라 스마트폰 진동뿐 아니라 가전, 의료기기, 게임 등 적용 분야가 많아지면서 정밀성과 안전성을 갖춘 기술 수요가 높아지는 추세다.

ETRI가 만든 기술은 손가락의 위치에 따라 모두 다른 진동이 느껴지도록 만들어 주는 기술이다. 

온라인 쇼핑에서 상품의 재질감을 느끼는 등 여러 손가락을 동시에 활용하는 환경에 최적화될 전망이다.

현재 스마트폰이나 게임패드 등에는 모터에 달린 무게추의 움직임으로 진동을 만들어내고 있다. 

기기 전체에 동일한 진동효과가 전달되어 부분별로 세밀한 촉감을 구현할 수 없는 단점이 있다.

최근 레이저를 이용하여 순간적 온도 변화에 따른 충격파로 진동을 만들어내는 기술이 개발된 바 있으나 사용되는 레이저 가격이 수천만 원에 이르고 소형화가 어려워 상용화되지 못하고 있다.

ETRI 연구진은 낮은 출력의 광신호를 진동으로 변환하는 기술을 개발하였다. 

이로써 고가의 레이저 광원 대신 가격 수준이 1/10,000에 불과한 소형 LED를 여러 개 사용, 각각 독립적으로 진동을 만들어내는 디스플레이를 제작할 수 있다. 

본 기술은 빛에너지를 흡수하여 열에너지로 전환하는 원리를 이용한다. 

광-열 변환층이 코팅된 특수 필름에 빛을 쬐면 가열·냉각과 함께 소재의 열팽창율에 따라 필름이 변형·회복되면서 진동을 만드는 방식이다. 

연구진은 본 기술을 활용하여 1㎠ 단위로 9개의 구역을 가진 3 x 3 형태의 LED 배열을 만들어 각각의 구역에서 넓은 주파수 대역의 정밀한 진동 표현이 가능함을 기술적으로 증명해냈다. 향후 본 크기는 대면적화도 쉽게 가능하다.

최근, 자동차의 전장은 버튼이나 다이얼 등의 전통적 조작장치 대신 터치스크린 하나에 네비게이션, 미디어, 공조 등 여러 제어기능이 통합되는 추세이다. 

현재는 터치 입력에 대한 피드백이 매우 단순하게 제공되고 있으나 본 기술을 활용하면 다이얼을 돌리는 촉감, 버튼을 누르는 촉감, 미는 촉감(슬라이드) 등을 동시에 만들어낼 수 있다.

특히, 필름층에 전기적 구조가 포함되지 않아 내구성이 우수하며 얇은 두께를 지닌 플렉시블 디스플레이에 적용하기에도 쉽다. 

이로써 최근 활발해지고 있는 유연 소자 분야와 융합해 다양한 연구에 적용이 가능할 전망이다.

연구진은 본 기술을 시청각장애인용 정보 전달 기기에 접목해 점자를 보완하는 대안 기술로 활용할 수 있기를 기대하고 있다. 

이외에도 자동차 전장, 터치스크린 기기, 전자기기 디스플레이, 스마트폰 등 다양한 분야에서 상용화 노력을 진행할 예정이다.

ETRI 신형철 휴먼증강연구실장은“많은 정보를 촉감으로 전달할 수 있는 원천 기술로 실용화 연구를 통해 시각장애인 등 정보 취약계층 지원에도 널리 쓰일 전망이다”라고 말했다.

연구진은 빛에너지에서 진동으로의 변환 효율을 높여 사람이 느끼기에 충분한 세기의 진동을 만들면서도 전력 소모를 줄이는 후속 연구를 계획중이다.

본 성과는 과학기술정보통신부『인간 중심의 자율지능시스템 원천기술 연구』사업의 일환으로 연구되었다.