포스텍, 피부 밀착형 무선 햅틱 기술 개발

POSTECH(포스텍) 기계공학과 김진태 교수는 미국 조지아 공대(Georgia Tech) 매트 플라빈(Matt Flavin) 교수, 노스웨스턴대(Northwestern) 하경호 박사와 존 라저스(John A Rogers) 교수와 협업해 피부 밀착형 무선 햅틱(haptic)1) 기기를 개발, 환자 치료 및 다양한 산업에 새로운 가능성을 열었다. 이번 연구는 과학 분야 최고 권위지인 ‘Nature(네이처)’에 최근 게재됐다.

사람의 피부에는 다양한 기계적 수용체(mechanoreceptors)가 있어 촉각과 압력, 온도 등 감각을 감지한다. 그동안 의료기기와 웨어러블 기기 등 여러 분야에서 이를 활용하려는 연구가 활발히 진행되었지만 피부 유연성과 개인차(피부 두께, 탄력성 등)를 고려한 시스템 개발은 여전히 큰 도전 과제로 남아 있었다. 햅틱은 접촉 감각 같은 촉각적 상호작용을 통해 사용자가 물리적 감각을 경험하게 하는 기술을 말한다. 

이에 연구팀은 피부에 밀착되는 햅틱 장치를 개발해 피부의기계적 수용체를 효과적으로 자극하고 적은 에너지로도 여러 감각을 제공하는 시스템을 구현했다. 이 기기는 압력과 진동 등의 자극을 피부에 전달하면서, 다양한 감각을 세밀하게 재현할 수 있다. 연구팀은 사람 피부의 특성을 고려해 동적(움직이는 상태), 정적(고정된 상태) 자극을 모두 제공하고, 수직 및 수평 방향으로 자극을 전달해 감각을 보다 현실감 있게 느낄 수 있도록 설계했다. 

연구팀은 이 햅틱 기기가 ‘압력’과 ‘팽창’ 두 상태를 안정적으로 오가며 에너지의 소모를 최소화하고, 기기 스스로 변형을 감지해 감각 자극의 정확성을 높일 수 있도록 이중안정성 및 자기 감지 변형 모드를 적용했다.  

이 기기는 시각과 촉각, 또는 그 외의 다른 감각 기능에 어려움을 겪는 사람들에게 실시간으로 정보를 피부를 통해 전달한다는 점에서 큰 의미가 있다. 앞이 보이지 않더라고 스마트폰이나 다른 장치로부터 전달된 3D 환경 정보를 피부로 느끼면서 주변을 인식할 수 있게 된 것이다. 

이 기술은 환자 맞춤형 치료, 스마트 웨어러블 기기, 헬스케어 등에 활용될 수 있다. 예를 들어, 환자에게 부착된 기기를 통해 환자의 상태를 실시간으로 모니터링하고, 필요한 자극을 정확하게 전달함으로 치료의 효과를 극대화할 수 있다. 또한, 가상(VR) · 증강(AR) 현실 분야에서는 더욱 직관적이고 몰임감 있는 경험을 제공할 수 있다.

김진태 포스텍 교수는 “2022년 네이처 일렉트로닉스(Nature Elctronics)에 발표된 선행 연구는 잘 휘어지는 유연 소재와 진동 촉각 센서를 융합한 햅틱 장치였다”라며 “이번에는 단순한 진동을 넘어 찢어지는 듯한 느낌 등 다양한 감각을 반영해 사실감을 더욱 높였다”고 말했다.