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연구

스파이더맨 슈트처럼 내 몸에 착 맞춰지는 옷감형 웨어러블 햅틱 개발​
조회수 : 1899 등록일 : 2023-11-30 작성자 : 홍보실

(왼쪽부터) 기계공학과 오일권 교수, 오세웅 박사과정

< (왼쪽부터) 기계공학과 오일권 교수, 오세웅 박사과정 >

우리 대학 기계공학과 오일권 교수 연구팀이 형상기억합금 와이어를 오그제틱(auxetic) 메타구조로 매듭지어 형상 적응이 가능한 옷감 형태의 착용형 '햅틱(haptic) 인터페이스'를 개발했다고 28일 밝혔다.

자동으로 사이즈가 조절되며 팔목의 형상에 착 맞춰지는 셀프 피팅 기능 구현

< 자동으로 사이즈가 조절되며 팔목의 형상에 착 맞춰지는 셀프 피팅 기능 구현 >

착용형 햅틱 인터페이스 기술은 시·청각 기반의 플랫폼의 한계를 벗어나, 피부 표면으로 전해지는 직관적인 촉감으로 메타버스 속 상호작용 몰입도를 높이는 역할을 한다. 

하지만 일반적인 햅틱 인터페이스는 피부에 부착하거나 별도의 고정 장치를 착용하는 착용(부착)형으로, 이러한 햅틱 인터페이스는 장시간 사용 시 피부 발진의 위험과 고정 방식은 일상 움직임에서 불편함을 초래할 수 있다. 또 수십 개의 촉각 전달 소자를 장착해 촉감을 모방하는 기존의 제작 방식 역시 장치의 무게·부피 증가로 이어지는 한계를 보이고 있다. 

우선 연구팀은 가볍고 편하게 착용할 수 있는 햅틱 인터페이스 개발을 위해 형상기억합금 와이어를 핵심 소재로 선택했다. 형상기억합금 와이어란 상온에서 모양이 쉽게 변형되고, 특정 온도에 도달하면 미리 기억된 형태로 되돌아가는 특징을 갖는 형상기억합금을 철사처럼 가늘고 길게 제작한 것이다. 이러한 형상기억합금 와이어를 기존의 천 제작 방식을 활용해 매듭지어 옷감처럼 제작하는 방식을 활용하였다. 특히, 연구팀은 형상기억합금 와이어를 오그제틱(auxetic) 구조로 매듭지어, 일반 구조에서는 볼 수 없는 3D 방향으로 구조 전체가 동시에 수축 및 이완하는 특성을 구현해 내었고, 이를 통해 착용자의 신체 형상에 순응하며 사이즈가 자동으로 조절되는 옷감형 액추에이터를 개발했다. 

또한 연구팀은 8개의 영역을 개별 수축 제어할 수 있도록 설계해 총 아홉 가지 방향과 타이밍에 대한 정보를 사용자에게 촉감 피드백으로 전달할 수 있게 제작했다. 

예로 팔목에 착용 시, 사용자는 방향 및 타이밍에 관한 정보를 촉각적으로 인지할 수 있고, 반면 팔꿈치에 착용할 때는 옷감형 액추에이터의 가변강성 기능을 활용해 팔꿈치의 굽힘각도에 따른 피드백을 제공하는 멀티모달(두 가지 이상의 피드백 형태로 정보를 전달) 햅틱 인터페이스로서 개발했다. 

이처럼 옷감형 액추에이터를 팔목에 착용한 사용자가 가상현실 속 모빌리티 로봇 주변의 위치정보를 파악하고, 시각과 청각 정보가 제한될 때 장애물을 피해 로봇을 안정적으로 주행하는 실증에도 성공했다.

형상기억합금 와이어를 오그제틱(auxeitc) 구조로 매듭지어 제작한 옷감형 액추에이터와 이를 활용해 개발한 착용형 햅틱 인터페이스. (a) 형상기억합금 와이어를 오그제틱 구조로 매듭지어 옷감형 액추에이터를 제작하고, 단순 바느질을 통해 일반 천과 연결해 입을 수 있는 옷감처럼 구성. 오그제틱 구조 착용형 햅틱 인터페이스를 팔목과 팔꿈치에 착용해 착용형 햅틱 인터페이스로서 응용 모습. (b) 오그제틱 구조 착용형 햅틱 인터페이스를 팔목에 착용하여 VR 환경 속 로봇과 상호작용을 하는 모식도. (c) 오그제틱 구조 착용형 햅틱 인터페이스를 팔꿈치에 착용하여 팔꿈치 움직임을 조절하는 개인 맞춤형 운동 가이드로서 응용을 나타내는 모식도

< 형상기억합금 와이어를 오그제틱(auxeitc) 구조로 매듭지어 제작한 옷감형 액추에이터와 이를 활용해 개발한 착용형 햅틱 인터페이스. (a) 형상기억합금 와이어를 오그제틱 구조로 매듭지어 옷감형 액추에이터를 제작하고, 단순 바느질을 통해 일반 천과 연결해 입을 수 있는 옷감처럼 구성. 오그제틱 구조 착용형 햅틱 인터페이스를 팔목과 팔꿈치에 착용해 착용형 햅틱 인터페이스로서 응용 모습. (b) 오그제틱 구조 착용형 햅틱 인터페이스를 팔목에 착용하여 VR 환경 속 로봇과 상호작용을 하는 모식도. (c) 오그제틱 구조 착용형 햅틱 인터페이스를 팔꿈치에 착용하여 팔꿈치 움직임을 조절하는 개인 맞춤형 운동 가이드로서 응용을 나타내는 모식도 >

착용형 햅틱 인터페이스를 통해 VR 환경 속 모빌리티 로봇의 주변 환경에 대한 정보를 전달받고 제어하는 모습. 사용자는 시각 정보가 제한된 VR 환경에서 로봇의 주변 환경에 대한 정보(장애물, 벽 등)를 착용형 햅틱 인터페이스가 전달하는 촉각을 통해 직관적으로 인지할 수 있다.

< 착용형 햅틱 인터페이스를 통해 VR 환경 속 모빌리티 로봇의 주변 환경에 대한 정보를 전달받고 제어하는 모습. 사용자는 시각 정보가 제한된 VR 환경에서 로봇의 주변 환경에 대한 정보(장애물, 벽 등)를 착용형 햅틱 인터페이스가 전달하는 촉각을 통해 직관적으로 인지할 수 있다. >

오일권 교수는 이번 연구성과를 통한 실용화 시 활용에 대해 "착용형 햅틱 인터페이스는 촉각 정보를 활용한 로봇, 무인기 제어와 메타버스가 접목된 의료·교육 등에도 활용할 수 있다"고 말했다. 

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자(창의연구) 지원 사업으로 수행됐다. 연구 성과는 첨단 소재 분야 국제학술지 <어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)>919일 게재됐고, 연구의 우수성을 인정받아 학술지 표지 논문으로 선정됐다. (논문명: Easy-To-Wear Auxetic SMA Knot-Architecture for Spatiotemporal and Multimodal Haptic Feedbacks) 

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