‘광열 탄성가변 필름’ 기반, “LED로 평면에서 입체 형상 만들어”
시각장애인용 정보전달, 차량UI, 교육용 등 실감 구현 응용
[애플경제 김미옥 기자] 시각장애인용이나 메타버스 등 다양한 분야에 응용할 수 있는 촉각(햅틱, Haptic)에 의한 디스플레이 기술이 개발되어 눈길을 끈다.
이는 입체적인 형상과 다양한 질감을 사용자가 직접 만질 수 있도록 물리적으로 구현할 수 있다. “시각장애인용 정보전달 기기나 차량 인터페이스, 메타버스, 교육용 스마트기기 등 다양한 분야에 응용이 가능할 것”이라는게 이를 개발한 한국전자통신연구원의 설명이다.
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.
이는 공식적으론 ‘광열 탄성가변 필름’ 기반의 입체화 촉감을 생성하는 디스플레이 기술이다. 적외선 LED에서 빛의 세기를 조절, 매끄러운 필름 표면에서 수 밀리미터(mm) 크기의 소자의 높낮이와 탄성을 자유자재로 변화시킬 수 있는 기술이다. 그래서 “촉각 디스플레이는 점자와 문자는 물론 다양한 입체적 형상을 직접 표현할 수 있다”는 설명이다.
특히 부분별로 탄성과 온도를 정교하게 제어하는 방법이 눈에 띄는 대목이다. 즉, 이를 통해 다양한 높이와 질감을 재현할 수 있다는 사실이다. 머리카락 두께의 얇은 2개의 층으로 구성된 기능성 고분자 필름 구조가 핵심이다.
2개의 층 가운데 하부에 있는 광열층은 LED에 마주하며 빛을 흡수해 열을 발생시킨다. 반대로 상부의 가변탄성층은 일단 상온에서는 단단하다. 그러나 광열층의 열이 전달되면 유리-고무 전이를 일으켜 섭씨 약 50도(℃) 이상에서는 매우 부드럽게 변한다.
이 상태에서 필름 아래쪽에 공기압을 가하면 빛으로 가열된 정도에 따라 필름이 부풀어 올라 사람이 만질 수 있는 입체 형상이 만들어진다.
그 결과 직경 4mm의 소자에서 만들어 낼 수 있는 입체 형상의 최대 높이는 일반 점자 디스플레이의 약 2배인 1.4mm에 달한다. 특히 LED에서 조사하는 빛의 세기에 따라 0.1mm 단위로 정밀하게 제어할 수도 있다.
빛의 조사를 멈추면 상부층 온도가 낮아지며 필름이 다시 단단해지기도 한다. 이런 원리를 이용해 전력 소모 없이도 사용자가 만지며 누르는 힘을 견디도록 고정할 수 있다.
연구진은 이번 연구에서 ‘광응답 열탄성 가변 소재’ 기반의 입체화 소자를 개발하고, 입체화 변형의 감각인지 모델을 개발하기 위해 노력했다. “이는 촉각 디스플레이 기술을 한 차원 높은 수준으로 끌어올린 혁신적 성과”라며 “시각장애인을 위한 고차원의 입체적 정보전달은 물론, 차량에서의 가변 사용자인터페이스(UI), 만지고 교감하는 입체통화, 교육용 실물 모델 등 실감나는 촉각 인터랙션 구현이 가능해질 것”으로 기대했다.
연구진은 “앞으로 대면적 광원 및 대면적 타일링 기술을 접목해 대형 입체화 디스플레이로 확장하는 한편, 셀 해상도를 높이고 에너지 효율을 극대화할 계획”이라고 밝혔다.