안경이 없어도 펼쳐지는 3D 세상

평평한 화면에 생생한 입체감을 더하는 3D 콘텐츠의 수요가 늘고 있습니다. 하지만 여전히 2D 콘텐츠 소비가 지배적인 만큼, 하나의 기기에서 2D와 3D 영상을 자유롭게 전환할 수 있는 디스플레이 기술의 중요성도 커지고 있는데요. 그동안 다양한 2D·3D 전환 디스플레이가 개발돼 왔지만, 좁은 시야각과 2D 화질 저하 등의 문제로 실제 제품에 적용하는 데는 어려움이 있었습니다.

이를 극복하기 위해 포항공과대학교 노준석 교수 연구팀은 삼성전자 삼성리서치 연구팀과 함께 초박형 ‘메타렌즈*’를 활용한 2D·3D 전환 디스플레이 기술을 개발했습니다. 전압 공급에 따라 빛의 굴절 방향을 자유자재로 조절하도록 설계한 것인데요. 전압이 없을 때는 오목렌즈로 작동해 선명한 평면 영상을 보여주고, 전압이 공급되면 볼록렌즈로 작동해 넓은 시야각의 입체 영상을 구현하는 원리입니다. 덕분에 여러 사람이 서로 다른 위치에서도 동시에 몰입감 넘치는 입체 영상을 즐길 수 있죠.

2D/3D 전환 디스플레이 구조도

연구팀이 개발한 메타렌즈는 스마트폰이나 태블릿PC 화면에 스티커처럼 붙이는 방식으로 사용할 수 있어 기존 기기에 적용하기 용이합니다. 향후 대량생산 공정 기술과 결합될 경우 메타표면 소자의 상용화 가능성이 더욱 높아질 것으로 전망되는데요. 2D와 3D를 자유롭게 넘나드는 새로운 디스플레이 시대가 기대됩니다.

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손끝으로 느끼는 가상세계

사용자가 화면을 직접 만지고 느낄 수 있는 촉각 기반 상호작용 플랫폼에 대한 수요가 늘면서 외부 자극에 따라 표면의 형태를 자유롭게 바꾸는 ‘메카니컬 메타표면*’ 기술이 주목받고 있습니다. 하지만 기존 기술은 물리적 충격에 약하고 반응속도도 느린 데다, 표면 변화를 감지하기 위해 별도의 장비까지 필요하다 보니 상용화하기에 제약이 많았는데요.

이에 경희대학교 박윤석 교수 연구팀은 탄성이 다른 두 개의 고분자 소재를 결합해 유연하면서도 빠른 반응속도를 동시에 확보한 ‘소프트 메카니컬 메타표면’ 시스템을 개발했습니다. 자기장 기반의 비접촉 방식을 활용해 표면의 형태를 자유롭게 바꾸고, 외부 충격으로 변형되더라도 스스로 원래 형태를 회복할 수 있도록 한 것인데요. 아울러 표면 내부에 IMU*를 심어두어 별도의 외부 장비가 없어도 표면 변화를 실시간으로 감지할 수 있도록 했습니다.

연구팀은 실험을 통해 5,000회 반복 작동에도 구조적 손상이나 성능 저하 없이 안정적으로 작동함을 확인했습니다. 이번 연구는 기존 기술의 고질적인 문제였던 물리적 취약성과 느린 반응속도, 외부 감지 장비에 대한 의존성을 하나의 소프트 플랫폼으로 해결했다는 점에서 의미가 큽니다. 앞으로 차세대 촉각 인터페이스를 비롯해 웨어러블 기기, 인터랙티브 디스플레이 등 다양한 분야로 활용 범위가 넓어질 것으로 기대됩니다.

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가상세계의 감각을 깨우는 반지

물체를 손으로 만질 때 우리는 표면의 감촉뿐 아니라 누르거나 움직일 때 느껴지는 저항을 통해 크기와 단단함을 가늠합니다. 가상세계에서는 이러한 감각을 그대로 재현하기가 쉽지 않은데요. 기존 햅틱* 장치는 진동이나 열로 촉감을 전달하는 데 그쳐 실제 사물의 형태, 강도, 질감과 같은 물리적 특성을 사실적으로 재현하기 어렵거든요. 손가락 움직임에서 발생하는 힘의 크기와 방향을 측정하면서도 유연하고 작은 고성능 힘 센서 개발이 필요해 보이는데요.

성균관대학교 김선국 교수 연구팀은 스위스 로잔공대(EPFL)와 함께 손동작으로 발생하는 다축 힘을 정밀하게 감지하는 3축 힘 센서를 개발하고, 이를 초경량 웨어러블 햅틱 장치 오리링(OriRing)으로 구현했습니다. 2×2 픽셀 구조로 설계된 센서는 하나의 유닛만으로도 수직 방향 힘과 수평 방향 힘을 동시에 측정할 수 있습니다. 또한 오리링은 구동부를 제외한 무게가 18g 정도임에도 최대 6.5N의 힘 피드백을 전달할 수 있죠.

본 연구는 소형·경량 웨어러블 기기에서 가상 물체의 무게나 저항감을 손에 생생하게 전달할 수 있음을 실증적으로 보여준 성과입니다. 앞으로 가상현실과 게임은 물론 재활·의료, 원격 로봇 조작 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대되는데요. 가상과 현실의 경계를 한층 좁혀줄 새로운 촉각 기술 발전에 많은 관심 부탁드립니다.

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