LED로 평면에서 입체 형상 만드는 촉각 디스플레이 개발

ETRI 연구진, 국제 학술지에 연구 결과 발표
입체 형상 높낮이와 탄성까지 조절 가능

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

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