LED로 평면에서 입체 형상 만드는 촉각 디스플레이 개발

ETRI 연구진이 개발한 입체화 촉각 디스플레이의 입체 형상 상태를 확인하고 있다./ETRI

국내 연구진이 한 차원 높은 수준의 햅틱(Haptic·촉각) 디스플레이 기술을 개발했다. 적외선 발광다이오드(LED)에서 빛의 세기를 조절해 사람이 만질 수 있는 입체 형상과 질감을 표현했다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 초지능창의연구소와 지능정보연구본부, 탠저블인터페이스창의연구실 등이 함께 광열 탄성가변 필름 기반의 입체화 촉감을 생성하는 디스플레이 기술을 개발했다고 16일 밝혔다. 이 연구결과는 지난달 22일 네이처 커뮤니케이션즈에 게재됐다.

ETRI가 개발한 기술인 적외선 LED에서 빛의 세기를 조절해 매끄러운 필름 표면에서 수 밀리미터(㎜) 크기를 가지는 소자의 높낮이와 탄성을 자유자재로 변화시킬 수 있는 기술이다. 특히 부분별로 탄성과 온도를 정교하게 제어하는 방식으로 다양한 높이와 질감을 재현하는 데 성공했다. 논문의 1저자인 황인욱 책임연구원은 “기존 점자형 촉각 디스플레이는 높이 조절이 불가능해 점자나 단순한 도형만 표현할 수 있었지만, 이번 개발한 기술은 각 셀의 높낮이와 탄성을 자유자재로 제어해 실제와 흡사한 입체적 지형과 질감까지 구현할 수 있다”고 설명했다.

ETRI가 개발한 기술의 핵심은 머리카락 두께의 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 부드럽게 변한다.

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

ETRI 연구진은 이 기술이 시각장애인을 위한 입체적 정보전달 장치에서부터 차량의 가변 사용자인터페이스, 입체통화, 교육용 실물 모델 등에 다양하게 쓰일 수 있을 것으로 예상했다.

참고자료

Nature Communications(2024), DOI : https://www.nature.com/articles/s41467-024-46709-7