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눈을 감고도 터치스크린·로봇손 원격제어… 시각 보조, 가상현실 활용 기대
가상현실과 로봇 원격제어, 의료·재활 보조기기 분야가 빠르게 성장하면서, 손에 착용해 촉각만으로 방향과 움직임 정보를 전달하는 '웨어러블 햅틱(착용형 촉각 인터페이스)' 기술이 주목받고 있다. 그러나 기존 장치는 대부분 장치 자체의 위치와 방향을 기준으로 촉각 신호를 보내기 때문에, 손이나 손가락 자세가 바뀌면 "위·아래·좌·우"의 의미가 흔들려 사용자가 방향을 일관되게 해석하기 어려웠다. 예컨대 "위쪽"으로 느꼈던 신호가 손을 90도 돌리면 더 이상 같은 방향을 가리키지 않는 식이다.
우리 대학 기계공학과 오일권 교수 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해, 손가락 관절을 기준으로 방향성 촉각 신호를 전달해 손 자세가 변해도 방향 정보가 일관되게 유지되는 착용형 소프트 햅틱 링 'PIHR(Pose-Independent Haptic Ring)'을 개발했다고 10일 밝혔다. PIHR은 손가락 첫 마디 관절(손등과 손가락이 만나는 MCP 관절)을 원점으로 삼아 촉각 신호를 매핑하는 장치다. 신호의 의미를 '장치 기준'이 아니라 '사용자의 손가락 관절 기준'으로 고정해, 손을 어떻게 돌리든 같은 자극이 같은 해부학적 방향을 뜻하도록 설계한 것이 핵심이다.
기존 햅틱 장치가 장치 중심 좌표계에 기반해 단순한 상·하·좌·우 신호를 보냈다면, PIHR은 MCP 관절을 중심으로 한 구면 좌표계 기반 촉각 매핑을 적용했다. 이를 통해 굽힘(flexion·손가락을 안으로 굽힘), 폄(extension·펴기), 벌림(abduction·옆으로 벌림), 모음(adduction·다시 모음)이라는 네 가지 해부학적 방향을 손 자세 변화와 관계없이 일관되게 전달한다. 기존 방식으로 이런 일관성을 유지하려면 별도의 자세 센서와 실시간 좌표 변환이 필요해 시스템이 복잡해지는데, PIHR은 신호의 기준 자체를 관절에 고정함으로써 이 문제를 해소했다.
좁은 링 안에서 충분한 촉각 출력을 얻는 것도 관건이었다. 연구팀은 구불구불한 격자 형태의 형상기억합금(SMA·Shape Memory Alloy, 열을 가하면 원래 형태로 돌아가는 금속) 액추에이터 구조를 최적화하고, 면적 밀도(AD)와 단위 밀도(UD)를 기준으로 설계를 비교했다. 그 결과 'AD61–UD4' 형상이 힘 출력·변위·응답 속도 사이에서 가장 균형 잡힌 성능을 보였다. 최종 액추에이터는 독립적으로 구동되는 4개 채널로 구성되며, 전기적 가열로 각 채널이 선택적으로 수축하면서 손가락 피부에 국소적인 수직 압입 자극을 전달한다. 이렇게 만든 액추에이터는 1.0암페어 전류에서 약 0.44초 만에 최대 1.3뉴턴의 힘을 내, 실시간 촉각 상호작용에 적합한 응답 속도를 보였다. 자체 무게 대비 힘 출력(질량당 84.2N/g)도 기존에 보고된 SMA 웨어러블 햅틱 장치보다 크게 높았으며, 반복 구동 시에도 피부 접촉 온도가 생체 적합 범위에 머물러 착용 안전성을 확보했다.
방향 인식 성능 검증을 위한 사용자 평가도 진행됐다. 10명의 참가자를 대상으로 별도의 사전 훈련 없이 손 자세가 계속 바뀌는 조건에서 실험한 결과, 네 방향 촉각 신호에 대해 전체 79.2%의 인식 정확도를 기록했다. 이는 무작위로 찍었을 때의 확률(25%)보다 통계적으로 유의하게 높은 수치로, 관절 중심 햅틱 매핑이 자세가 바뀌는 상황에서도 직관적인 방향 인식을 제공할 수 있음을 보여준다. 실제 응용 가능성도 두 가지 시연으로 확인했다. 눈을 가린 사용자가 손가락에서 전달되는 관절 중심 방향 신호만으로 터치스크린의 피아노 애플리케이션을 연주하고 화면을 넘겼으며, 로봇 손을 원격제어해 주사기로 액체 양을 단계적으로 조절하는 정밀 작업도 수행했다. 이는 PIHR이 단순한 접촉 알림을 넘어, 사용자의 손가락 움직임을 단계적으로 안내하는 착용형 햅틱 인터페이스로 활용될 수 있음을 보여준다.
오일권 교수는 "PIHR은 신호의 기준을 장치가 아니라 사용자의 손가락 관절에 두었다는 점에서 기존 착용형 햅틱과 차별화된다"라며 "시각 보조, 가상현실, 로봇 원격제어 등 시각 정보가 제한된 다양한 환경에서 직관적인 방향 안내 기술로 폭넓게 활용될 수 있을 것"이라고 밝혔다.
이번 연구는 우리 대학 기계공학과 김현수 석사과정이 제1저자로, 오일권 교수가 교신저자로 참여했다. 연구 성과는 국제 학술지 '스몰 스트럭처스(Small Structures)' 2026년 6월 발행 제7권 6호에 게재됐으며, 연구의 우수성을 인정받아 해당 호의 표지 논문(Front Cover)으로 선정됐다.
※ 논문명: Pose-Independent Soft Haptic Ring for Joint-Centered Directional Guidance via Multichannel Shape Memory Alloy Actuators
※ DOI: https://doi.org/10.1002/sstr.202600017
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 재원으로 한국연구재단 중견연구지원사업(RS-2024-00345241), 미래개척융합과학기술개발사업(RS-2023-00302525), 나노·소재기술개발사업(RS-2025-25441263), 그리고 과학기술정보통신부 InnoCORE 프로그램(N10260002)의 지원을 받아 수행됐다.
2026.06.15 조회수 3032 -
피부에 부착할 수 있는 촉감 전달 패치 개발
기계공학과 경기욱 교수 연구팀이 피부에 부착하여 다양한 촉감을 전달할 수 있는 초경량의 얇고 유연한 인공근육기반 촉감 전달 패치를 개발했다. 최근 가상현실(virtual reality, VR)과 증강현실(augmented reality, AR)의 기술이 각광받으면서, 더욱 현실감을 증대시키기 위해서 시각과 청각뿐만 아니라 촉각을 전달하는 기술이 중요한 역할을 하고 있다. 또한 사용자가 로봇을 원격조종하여 세밀한 작업을 하기 위해서는, 세밀한 촉감 전달이 필요하다. 그러나 단순한 진동이나 압력을 넘어서, 세밀하고 다양한 촉감을 전달할 수 있는 기술은 여전히 큰 도전이다.
개발된 촉감 구동기는 지름 6 mm, 두께 1.1 mm로 매우 작고 얇은 구조임에도 불구하고, 압력에서부터 고주파 진동까지 다양한 촉감을 전달할 수 있다. 또한 개발된 구동기는 32 mg 의 매우 가벼운 무게에도 불구하고 25 g의 추를 빠르게 밀어 올릴 수 있을 정도로 높은 출력밀도를 갖고 있다.
연구팀은 이 구동기를 손가락 끝 좁은 크기에 다수 배열하여 개별적으로 제어함으로써 다양한 촉감을 생성할 수 있는 햅틱 패치를 개발했다. 개발된 촉감 전달 패치는 얇고 유연하여 피부에 쉽게 부착되며, 가상 환경 속 물체의 3차원 형상과 표면질감을 정교하게 구현할 수 있다. 이 기술은 가상/증강 현실에서의 새로운 상호작용 방식을 제시하며, 차세대 촉감 전달 장치로서뿐만 아니라 초소형 로봇 등 다양한 분야에서도 활용될 것으로 기대된다.
본 연구는 졸업생 윤정환 박사의 박사학위 논문 연구로, 연구 결과는 지난 3월 국제학술지 ‘사이언스 어드벤시스(Science Advances)’ Vol.11(12)에 게재됐다. (논문명: Skin-attached haptic patch for versatile and augmented tactile interaction) 본 연구는 ETRI, UCLA와 공동으로 수행되었으며, 국가과학기술연구회(CRC23021-000) 및 한국전자통신연구원(24YB1700)의 지원을 받았다.
2025.03.28 조회수 9261 -
메타대전 포럼 2024 개최
우리 대학이 오는 22일(금) 오후 3시 국회의원회관 제6간담회실에서 ‘메타대전포럼 2024’를 개최한다고 19일 밝혔다.
이번 포럼은 조승래 국회의원실과 우리 대학 메타버스대학원, 한국전자통신연구원(이하 ETRI), 한국과학기술정보연구원(이하 KISTI)이 공동 주최하는 행사로 ‘뉴잼대전: 대전에서 새로운 (뉴욕의) 재미를, 세계에서 K-문화기술을!’ 비전을 구체화하고, 대전이 메타버스 중심지로 성장할 비전과 전략을 논의한다.
특히, <노잼대전>에서 <뉴잼대전>으로 탈바꿈하고 메타버스의 중심으로 성장할 수 있는 방안으로 뉴욕-대전 연결한 메타뮤지엄 구현, 개방형 산학연공동 메타버스연구소 설립, 그리고 대전을 넘어 대구-광주 등과의 지역 연대 등을 주요 의제로 다룰 예정이다.
메타버스대학원은 ‘뉴잼대전’ 비전의 일환으로 국내외의 뮤지엄을 연동할 <메타뮤지엄> 계획을 소개한다. <메타뮤지엄>은 시차와 공간의 제약을 넘어 서로 연결하여 소통하고 각지역의 독특한 문화예술 경험을 공유하는 창의적이고 혁신적인 포스트 메타버스 플랫폼이다.
우리 대학이 제안한 <메타뮤지엄>은 생성AI와 XR기술을 활용하여 세계의 전시를 각 지역에서 실감나게 체험하고, K-문화기술을 통해 새로운 문화 예술 체험을 세계로 제공할 수 있도록 만드는 새로운 방안으로 주목받은 바 있다.
이미 포스트메타버스라는 새로운 패러다임을 통해 지역을 연결하고 혁신을 이끌 수 있는 기본 역량을 갖추고 대전을 기점으로 메타버스 시대의 사회 문화, 과학기술, 가상 융합 경제 허브로 도약하기 위해서 다양한 논의가 진행될 예정이다.
메타버스의 일상화에 필수 인프라인 초고속망과 슈퍼컴센터를 관리하고 활용하는 KISTI, 초실감 메타버스 플랫폼 기술을 축적하고 있는 ETRI, 포스트 메타버스 개념을 정립하고 원천기술을 확보한 우리 대학, 그리고 다양한 활용 서비스와 콘텐츠를 개발할 수 있는 다수의 관련 기업 등이 모여 산학연관의 구심점과 협력적 전략을 협의한다.
우운택 메타버스대학원장은 ‘뉴잼대전 현황 및 현안’을 주제로 산학연 공동 메타버스 연구소 설치와 운영의 필요성을 강조한다. 또한 전 세계의 예술 문화를 연결해 누구나 즐길 수 있는 메타뮤지엄의 기대 효과를 소개한다.
정일권 ETRI 초실감메타버스연구소 본부장은 ‘초실감 상호작용 기술’을 주제로, 김민아 KISTI OXR융합연구단장은 ‘메타버스 디지털 SOC’를 주제로, 하태진 ㈜버넥트 대표는 ‘메타뮤지엄: 문화 교류의 디지털 다리’를 주제로 발표를 진행한다.
우운택 메타버스대학원장은 “대전 내의 R&D역량 결집을 넘어 대구와 광주와 함께 <더 밝은 달빛연대>를 만들고, 포스트 메타버스 시대의 동반자로 이 여정을 함께 만들어 나가자”라고 제안하며 메타버스 시대를 선도하기 위한 지역 연대와 협력의 중요성을 강조했다.
메타대전 포럼 2024은 관심 있는 일반 대중들도 참여가 가능하고, 신청 및 자세한 내용은 홈페이지(https://meta.kaist.ac.kr/p/daejeon24)에서 확인할 수 있다. 메타뮤지엄 관련 영상은 메타버스대학원 유튜브 채널(@kaist-mv)에서 볼 수 있다.
2024.11.19 조회수 6315 -
생성형 인공지능·가상현실 결합한 3D 스케칭 연구 본격화
우리 대학이 생성형 인공지능(generative AI)과 가상현실(VR)을 활용하여 초고속 생산성 시대를 열어가기 위한 본격적인 도전을 시작한다.
27일 대전 본원에 문을 연 'DRB-KAIST 스케치더퓨처 연구센터(센터장 배석형)'는 생성형 인공지능과 가상현실을 3D(3차원) 스케칭과 결합한 미래형 제품 개발 프로세스를 연구하기 위해 설립됐다.
로봇, 모빌리티, 인공 단백질과 같은 첨단 제조 산업 분야는 제품 개발 주기가 매우 길 뿐만 아니라, 설계 결함이 발견되면 다시 아이디어 발상 단계로 돌아가 실물 제작과 테스트까지의 모든 과정을 반복해야 한다. 또한, 복잡한 3차원 구조체가 한데 맞물려 움직이면서 고도의 기능을 수행하기 때문에, 기존 2차원 스크린 작업 환경에서는 설계 의도를 입력하거나 결과물을 해석하는 데 한계가 있었다.'DRB-KAIST 스케치더퓨처 연구센터'는 사람의 의도를 가장 빠르고 효과적으로 생성형 인공지능에 전달하는 수단으로 최신 가상현실 3D 스케칭 기술을 활용할 계획이다. 가상현실 몰입 공간 안에서 사람이 아이디어를 떠올리는 즉시 3D 스케칭으로 시각화하면, 인공지능이 이를 뼈대 삼아 구체화함으로써 실물을 제작하지 않고도 반복적으로 문제점을 수정해 점진적으로 완성도를 높일 수 있다.
이를 위해, ▴로봇 디자인 ▴모빌리티 디자인 ▴단백질 디자인을 3개 혁신 전략 분야로 삼고, 3D 스케칭 전문가인 배석형(산업디자인학과) 교수를 필두로 명현(전기및전자공학부), 박대형·성민혁(전산학부), 김경수·박해원·황보제민(기계공학과), 김호민(생명과학과) 교수 등 5개 학과 8명의 연구진과 KIST 박한범(뇌과학연구소) 박사가 범학제적으로 연구를 수행할 예정이다.
동일고무벨트 주식회사(대표 이윤환, 이하 DRB)는 연구센터를 통해 ▴정기 학술 워크숍 및 데모데이 개최 ▴DRB 연구원의 산학 교류 ▴DRB 매칭 조직의 신제품·신사업 탐색, ▴대규모 국가 연구개발 지원사업 합동 유치 추진 등을 진행한다. 기술혁명의 시대를 맞는 21세기 중후반에 대비한 새로운 기업 운영 체제를 만들어 가겠다는 포부다.
27일 오후 우리 대학 대전 본원 산업디자인학과동(N25)에서 개최된 개소식에는 이광형 총장, 배석형 센터장 등 KAIST 보직교수 및 센터 참여교수와 DRB 김세연 전략고문 및 임원진 등 30여 명이 참석했으며, 현판식이 함께 진행됐다.배석형 DRB-KAIST 스케치더퓨처 연구센터장은 "인공지능의 잠재력을 사람이 의도에 따라 자유자재로 부릴 수 있는 것이 핵심"이라며, "사람이 가진 고도의 창의성을 스케칭을 통해 자유롭게 발상하고 표현하는 연구는 앞으로 더욱 중요해질 것"이라고 강조했다.
2024.02.29 조회수 13256 -
무한대 화소 수준의 초고해상도 AR/VR 디스플레이 기술 개발
우리 대학 전기및전자공학부 김상현 교수 연구팀이 *모놀리식 3차원 집적의 장점을 활용한 1,600PPI*에 상응하는 마이크로LED 디스플레이를 구현하는 데 성공했다고 29일 밝혔다. 1,600 PPI는 초고해상도 증강현실(AR)/가상현실(VR) 디스플레이에 적용 가능한 해상도로써 2020년 출시된 오큘러스(Oculus) 社(現 메타(Meta))의 메타 퀘스트 2(Meta quest 2, 442 PPI)의 3.6배에 해당하는 디스플레이 해상도다.
☞ 모놀리식 3차원 집적: 하부 소자 공정 후, 상부의 박막층을 형성하고 상부 소자 공정을 순차적으로 진행함으로써 상하부 소자 간의 정렬도를 극대화할 수 있는 기술로 궁극적 3차원 집적 기술로 불린다.
☞ PPI: Pixel per Inch. 디스플레이에서 1인치에 포함되는 픽셀의 갯수
전기및전자공학부 박주혁 박사과정과 금대명 박사가 제1 저자로 주도하고 백우진 박사과정과 대만의 제스퍼 디스플레이(Jasper Display)의 존슨 쉬(Johnson Shieh) 박사와 협업으로 진행한 이번 연구는 반도체 올림픽이라 불리는 하와이 호놀롤루에서 열린 `VLSI 기술 & 회로 심포지엄 (2022 IEEE Symposium on VLSI Technology & Circuits)'에서 지난 6월 16일에 발표됐다. (논문명 : Monolithic 3D sequential integration realizing 1600-PPI red micro-LED display on Si CMOS driver IC)
VLSI 기술 심포지엄은 국제전자소자학회(International Electron Device Meetings, IEDM)와 더불어 대학 논문의 채택 비율이 25%가 되지 않는 저명한 반도체 소자 분야 최고 권위 학회다.
최근 디스플레이 분야는 각종 TV, 모니터 및 모바일 기기뿐만 아니라 스마트 워치, 스마트 글라스 등의 웨어러블 디바이스까지 그 응용처가 크게 확장됐다. 이처럼 디스플레이의 활용이 점차 다양화되고 고도화됨에 따라 요구되는 픽셀의 크기가 점점 작아지고 있는데, 특히 증강현실(AR)/가상현실(VR) 스마트 글라스 등과 같이 사람의 눈과 매우 가까운 거리를 유지하는 디스플레이의 경우 *픽셀화가 없는 완벽한 이미지의 구현을 위해서는 4K 이상의 고해상도가 요구된다.
☞ 픽셀화(Pixelation): 컴퓨터 그래픽에서 비트맵을 구성하는 작은 단색 정사각형 디스플레이 요소인 개별 픽셀이 보이는 현상.
앞서 언급한 초고해상도 디스플레이를 구현하기 위한 차세대 디스플레이 소자로서 무기물 기반의 인듐갈륨나이트라이드/갈륨나이트라이드(InGaN/GaN), 혹은 알루미늄 갈륨 인듐 인화물/갈륨 인듐 인화물(AlGaInP/GaInP)로 대표되는 3-5(III-V)족 화합물 반도체를 활용한 마이크로 LED 소자가 핵심 소재 및 부품으로써 주목받고 있다. 마이크로 LED는 현재 TV, 모바일 기기에 많이 사용되고 있는 OLED, LCD 디스플레이에 비해 높은 휘도와 명암비, 긴 픽셀 수명 등의 장점이 있어 차세대 디스플레이 소자로서 장점이 뚜렷하다.
☞ III-V 화합물 반도체: 주기율표 III족 원소와 V족 원소가 화합물을 이루고 있는 반도체로 전하 수송 특성 및 광 특성이 매우 우수한 소재.
하지만 무기물 기반 마이크로 LED를 활용해 디스플레이를 제작하기 위해서는 적색, 청색, 녹색의 각 색상의 픽셀을 각각의 기판에서 분리해 디스플레이 패널로 옮기는 패키징 작업이 필수적이다.
기존에 사용돼온 픽앤플레이스(Pick-and-place) 방법은 각각의 픽셀을 일일이 기계적으로 옮겨서 디스플레이 패널에 결합하는 방법으로 픽셀의 크기가 수십 마이크로미터 미만 수준으로 작아지게 되면 기계적인 정렬 정밀도가 저하되고 전사 수율이 감소해 초고해상도 디스플레이에는 적용이 어려울 것이라는 평가를 받고 있다.
연구팀은 이러한 문제의 해결을 위해 디스플레이 구동용 규소 상보적 금속산화물 반도체(이하 Si CMOS) 회로 기판 위에 적색 발광용 LED를 모놀리식 3차원 집적하는 방식을 적용했다. 위 방식은 Si CMOS 회로 위에 마이크로 LED 필름층을 먼저 웨이퍼 본딩을 통해 전사한 뒤, 포토리소그래피 공정으로 픽셀을 구현하는 방법으로, 기계적 픽셀 전사 공정이 제외된다. 이후 연구팀은 Si CMOS 회로상에서 상단에서 하단 방향으로(Top-down) 연속적인 반도체 공정 과정을 통해 고해상도 디스플레이 데모에 성공했다.
이 과정에서 연구팀은 조명용으로 활용돼왔던 무기물 기반 LED 반도체가 아닌 디스플레이용 LED 반도체층을 설계해 발광을 위한 활성층의 두께를 기존의 1/3로 감소시켜, 픽셀 형성에 필요한 식각 공정의 난도를 크게 낮추어 이번 연구성과를 얻어냈다.
또한, 연구팀은 하부 디스플레이 구동 회로의 성능 저하 방지를 위해 350oC 이하에서 상부 III-V 소자를 집적하는 웨이퍼 본딩 등의 초저온 공정을 활용해 상부 소자 집적 후에도 하부 드라이버 IC(Driver IC)의 성능을 그대로 유지할 수 있었다.
이번 연구 결과는 적색 마이크로 LED를 3차원 적층 방식으로 집적해 세계적인 수준의 해상도인 1,600 PPI 구현에 성공한 연구로서 연구에서 활용된 모놀리식 3차원 집적에 관한 연구 결과는 차세대 초고해상도 디스플레이 구현을 위한 좋은 가이드가 될 것으로 예상된다.
김상현 교수는 "향후 유사 공정을 확대 적용해 적색, 녹색, 청색이 모두 포함된 풀 컬러 디스플레이 제작도 가능할 것으로 생각한다ˮ라고 말했다.
한편 이번 연구는 삼성 미래기술육성센터의 지원을 받아 수행했다.
2022.07.29 조회수 16158 -
전산학부 한동수 교수팀, (주)오렌지쇼크, (주)브이아이소프트와 MOU 체결
우리 대학 전산학부 한동수 교수 연구팀이 ㈜오렌지쇼크(대표이사 고태윤), ㈜브이아이소프트와 NFT 및 메타버스와 연계된 확장현실(XR) 디지털 IP 플랫폼 구축에 관한 전략적 업무 협약(MOU)을 체결했다.
지난달 28일 서울특별시 용산구 이태원동 소재 몬드리안 호텔에서 진행된 이번 협약식은 KAIST 스마트과학관 전시기술연구단장 한동수 교수, ㈜브이아이소프트의 권혁순 부사장 등 3사의 주요 임직원이 참석한 가운데 진행됐다.
이날 협약으로 ㈜오렌지쇼크의 고태윤 대표이사는 KAIST가 연구개발중인 실내위치기반의 ARㆍVR과 연계된 다양한 전시기술과 ㈜브이아이소프트가 제공하고 있는 ‘짤깍’이라는 AR 기술을 혼합하여 혼합ㆍ확장현실(MRㆍXR) 디지털 IP 플랫폼 구축 사업을 진행한다고 설명했다.
KAIST 스마트과학관 전시기술단장 한동수 교수는 “혼합ㆍ확장 현실(MRㆍXR) 분야는 앞으로 고부가가치 산업으로 급성장할 것으로 전망한다”며 “㈜오렌지쇼크의 디지털 IP 개발 및 플랫폼 구축 역량을 바탕으로 연구센터가 보유한 위치기반의 전시 기술, 그리고 ㈜브이아이소프트의 VRㆍAR 기술력을 접목하여 NFTㆍ메타버스와 연계된 혼합ㆍ확장 현실(MRㆍXR)을 구축할 수 있게 되어 매우 기쁘게 생각한다”라고 전했다.
이번 협약을 통해 ㈜오렌지쇼크는 KAIST, ㈜브이아이소프트와의 메타버스 및 NFT 결합에 대해 연계 사업 및 제휴 지원을 약속하였으며, 3사가 보유한 채널을 통해 B2B 사업을 도모할 예정이다.
2022.03.08 조회수 10446 -
신경신호 모사를 통한 인공 감각 시스템 개발
우리 대학 바이오및뇌공학과 박성준 교수 연구팀이 고려대학교 천성우 교수, 한양대학교 김종석 박사 공동 연구팀과 함께 인간 피부-신경 모사형 인공 감각 인터페이스 시스템을 개발했다고 12일 밝혔다.
이번 연구 결과는 국제 학술지 `네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)'에 2021년 6월 3일 字로 출판됐다. (논문명: Artificial Neural Tactile Sensing System)
가상/증강 현실, 메타버스, 화상 환자를 위한 인공피부, 로봇형 의수/의족 등에 사용될 수 있는 인공 감각 시스템은, 구현해야 할 원리와 그 시스템의 복잡성 때문에 실제 감각기관처럼 만들기 어려운 상황이었다. 특히 사람은 다양한 유형의 촉각 수용기를 통해 (압력, 진동 등) 정보를 조합하여 촉각을 감지하므로, 완벽한 인공 감각 시스템의 구현은 더욱 어려울 수 밖에 없다.
연구팀은 문제 해결을 위해 나노입자 기반의 복합 촉각 센서를 제작하고, 이를 실제 신경 패턴에 기반한 신호 변환 시스템과 연결하는 방법을 사용하였다. 이 두 가지 기술의 조합을 통해 연구팀은 인간의 촉각 인식 프로세스를 최대로 모방하는 인공 감각 인터페이스 시스템을 구현하는데 성공했다.
연구팀은 우선 압전재료 및 압전 저항성 재료의 조합으로 이루어진 전자 피부를 제작했다. 이 센서는 나노입자의 적절한 조합을 통해 피부 내의 압력을 감지하는 늦은 순응 기계적 수용기(SA mechanoreceptor)와 진동을 감지하는 빠른 순응 기계적 수용기(FA mechanoreceptor)를 동시에 모사할 수 있다는 특징을 가지고 있다. 해당 센서를 통해 생성된 전위는, 연구팀이 제작한 회로 시스템을 통해 실제 감각 신호와 같은 형태의 패턴으로 변환된다. 이때 생체 내 상황을 최대한 모사하기 위해, 실제 감각신경을 추출, 다양한 감각에 의한 신호를 측정하여 함수화하는 방법이 사용됐다.
해당 시스템을 동물 모델에 적용한 결과, 연구팀은 인공 감각 시스템에서 발생한 신호가 생체 내에서 왜곡 없이 전달되며, 근육 반사 작용 등 생체 감각 관련 현상들을 구현할 수 있음을 확인했다. 또한 연구팀은 지문 구조로 만든 감각 시스템을 20여 종의 직물과 접촉함으로써, 딥 러닝 기법을 통해 직물의 질감을 99% 이상 분류할 수 있을 뿐만 아니라 학습된 신호를 기반으로 인간과 동일하게 예측할 수 있음을 보여줬다.
박성준 교수는 "이번 연구는 실제 신경 신호의 패턴 학습을 바탕으로 한 인간 모사형 감각 시스템을 세계 최초로 구현했다는 데 의의가 있다. 해당 연구를 통해 향후 더욱 현실적인 감각 구현이 가능할 뿐만 아니라, 연구에 사용된 생체신호 모사 기법이 인체 내 다양한 종류의 타 감각 시스템과 결합될 경우 더욱 큰 시너지를 낼 수 있으리라 기대한다ˮ 라고 말했다.
한편 이번 연구는 한국연구재단 신진연구사업, 범부처의료기기개발 사업, 나노소재원천기술개발사업, 차세대 지능형 반도체 개발사업, KK-JRC 스마트 프로젝트, KAIST 글로벌 이니셔티브 프로그램, Post-AI 프로젝트 사업의 지원을 받아 수행됐다.
2021.07.12 조회수 21335 -
전기및전자공학부 Virtual Camp 개최
우리 대학 전기및전자공학부(학부장 강준혁)는 21일 오후 3시부터 가상현실 전기및전자공학부 캠프(Virtual EE Camp)를 개최했다. 올해 8월 미국 스탠퍼드 대학 학생들이 가상 캠퍼스를 만들어 화제를 모았으며, 국내 대학 중에서 가상 캠퍼스를 구축해 비대면 행사에 활용하는 사례는 우리 대학이 처음이다. 가상 스튜디오에서 실시간 진행된 이번 행사는 음성 채팅 프로그램인 디스코드(Discord)와 3D 가상현실 플랫폼인 모질라 허브(Mozilla Hub) 등 다양한 온라인 플랫폼을 활용해 KAIST의 교육 및 연구, 캠퍼스 환경을 생생하게 전달했다.전기및전자공학부 캠프(EE Camp)는 외국 대학의 최상위권 학생을 유치하기 위한 국제 행사로 지난 2017년부터 매년 개최해왔다. 작년에는 필리핀·인도네시아·중국 등 6개국 12개 대학 소속 84명의 학생을 KAIST 캠퍼스로 초청해 입학설명회를 진행한 바 있다. 코로나19의 확산 방지를 위해 온라인으로 진행된 이번 국제 입학설명회에는 6개국 8개 대학 소속 학생들이 참여했다.
그동안 비대면 행사는 화상으로 중계할 수 있는 공간이 제한돼 있어 시각적으로 다양한 배경을 제공할 수 없다는 게 약점으로 꼽혀왔다. 그러나 KAIST 전기및전자공학부가 마련한 이번 행사에서는 생동감 있는 가상 기술을 도입, 줌(ZOOM) 등으로 대표되는 웨비나 형식에서 한발 앞서간 콘텐츠들을 선보였다. 실제 학부 건물을 토대로 한 3D 가상로비를 만들어 20여 개의 연구실 홍보부스를 구축한 '가상현실 연구실 포스터 세션'은 참여자들이 아바타를 만들어 활동할 수 있는 공간으로 마련됐다. 관심 있는 연구실 코너에 아바타를 보내 소개 자료를 받은 뒤 채팅이나 음성으로 연구실 담당자와 상담하는 방식이다. 이밖에 KAIST 캠퍼스 주요시설과 학부 건물을 360도 전환 가능한 영상으로 구현해놓은 '가상현실 캠퍼스 투어'도 소개된다. VR을 통해 연구실에 방문하면 시설 및 환경은 물론 해당 연구실의 주요 성과와 보유 장비 등을 생동감 있게 확인할 수 있도록 꾸며놨다. 전기및전자공학부는 코로나19로 인해 갑작스레 자리를 굳혀가는 비대면 일상에 발 빠르게 대응하기 위해 학부 자체 시설인 가상 스튜디오를 활용한 다양한 행사를 진행해왔다.지난 9월에는 내년 봄학기에 전기및전자공학부로 진학할 학부 진입생 환영회 열고 온라인으로 실시간 소통했으며, 이달 11일에는 포스트 코로나 시대의 공동 연구 토대를 마련하기 위해 해외 대학들과의 파트너십 행사를 개최한 바 있다.
이번 행사를 총괄한 강준혁 학부장은 "KAIST는 다양한 시도를 통해 코로나19가 불러온 급변하는 환경에 선제적으로 대응하고 있다ˮ면서 "KAIST의 연구·교육·생활 등 제반 환경을 가상현실(VR)로 체험할 수 있는 이번 글로벌 캠퍼스 행사를 통해 기존 비대면 행사의 한계를 보완하는 계기를 마련하고 더욱 흥미롭고 효율적인 정보 교류와 소통의 장을 만들어 가겠다ˮ고 말했다.
2020.12.22 조회수 64074 -
피부형 센서 패치 하나로 사람 움직임을 측정하는 기술 개발
우리 대학 전산학부 조성호 교수 연구팀이 서울대 기계공학과 고승환 교수 연구팀과 협력 연구를 통해 딥러닝 기술을 센서와 결합, 최소한의 데이터로 인체 움직임을 정확하게 측정 가능한 유연한 `피부 형 센서'를 개발했다.
공동연구팀이 개발한 피부 형 센서에는 인체의 움직임에 의해 발생하는 복합적 신호를 피부에 부착한 최소한의 센서로 정밀하게 측정하고, 이를 딥러닝 기술로 분리, 분석하는 기술이 적용됐다.
이번 연구에는 김민(우리 대학), 김권규(서울대), 하인호(서울대) 박사과정이 공동 제1 저자로 참여했으며 국제 학술지 `네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 5월 1일 字 온라인판에 게재됐다. (논문명 : A deep-learned skin decoding the epicentral human motions).
사람의 움직임 측정 방법 중 가장 널리 쓰이는 방식인 모션 캡처 카메라를 사용하는 방식은 카메라가 설치된 공간에서만 움직임 측정이 가능해 장소적 제약을 받아왔다. 반면 웨어러블 장비를 사용할 경우 장소제약 없이 사용자의 상태 변화를 측정할 수 있어, 다양한 환경에서 사람의 상태를 전달할 수 있다.
다만 기존 웨어러블 기기들은 측정 부위에 직접 센서를 부착해 측정이 이뤄지기 때문에 측정 부위, 즉 관절이 늘어나면 더 많은 센서가 수십 개에서 많게는 수백 개까지 요구된다는 단점이 있다.
공동연구팀이 개발한 피부 형 센서는 `크랙' 에 기반한 고(高) 민감 센서로, 인체의 움직임이 발생하는 근원지에서 먼 위치에 부착해서 간접적으로도 인체의 움직임을 측정할 수 있다. `크랙' 이란 나노 입자에 균열이 생긴다는 뜻인데, 연구팀은 이 균열로 인해 발생하는 센서값을 변화시켜 미세한 손목 움직임 변화까지 측정할 수 있다고 설명했다.
연구팀은 또 딥러닝 모델을 사용, 센서의 시계열 신호를 분석해 손목에 부착된 단 하나의 센서 신호로 여러 가지 손가락 관절 움직임을 측정할 수 있게 했다. 사용자별 신호 차이를 교정하고, 데이터 수집을 최소화하기 위해서는 전이학습(Transfer Learning)을 통해 기존 학습된 지식을 전달했다. 이로써 적은 양의 데이터와 적은 학습 시간으로 모델을 학습하는 시스템을 완성하는 데 성공했다.
우리 대학 전산학부 조성호 교수는 "이번 연구는 딥러닝 기술을 활용해 실제 환경에서 더욱 효과적으로 사람의 실시간 정보를 획득하는 방법을 제시했다는 점에서 의미가 있다ˮ며 "이 측정 방법을 적용하면 웨어러블 증강현실 기술의 보편화 시대는 더욱 빨리 다가올 것ˮ 이라고 예상했다.
한편, 이번 연구는 한국연구재단 기초연구사업(선도 연구센터 지원사업 ERC)과 기초연구사업 (중견연구자)의 지원을 받아 수행됐다.
< 피부형 센서 패치로 손가락 움직임 측정 모습 >
2020.05.20 조회수 20020 -
산업디자인학과 2019 학부 졸업전시회 개최
우리 대학 산업디자인학과(학과장 남택진) 학부과정 졸업전시회가 11월 18일 시작되어 29일까지 주말을 제외한 총 10일간 대전 본원 학술문화관 비전관에서 개최된다.
산업디자인학과 졸업 전시회는 졸업을 앞둔 학부과정 학생들이 대학 생활에서 쌓은 디자인ﾠ지식과 경험을 바탕으로 창작한 결과물을 소개하는 정기 행사다.
이번 전시는 새로운 기술이 범람하는 시대에 디자인의 가치를 재고(再考)하고 그것을 `디자인 결과물'로 실현하기 위해 “디자인 실현(Realizing the Design)”이라는 주제를 선정했다.
순수한ﾠ제품 디자인에서부터ﾠ여러 센서를 종합한 가상현실 작품에 이르기까지 총 12종의 작품이 이번 전시를 통해 소개된다.
□ 졸업전시회 참여 작품명 및 요약내용
1. Rolle(강우재): 막대기와 줄을 이용한 DIY 멀티 테이블: 누구나 쉽게 만들 수 있어요.
2. Tumbs-up(강채영): 카페 브랜드와 손님을 연결해주는 새로운 텀블러 시스템
3. Anymal(곽대현): “아이에게 대신 전달해드릴게요!”
4. Verifood(김혜령): 자취생을 위한 검증된 레시피와 전자레인지 모듈이 포함된 음식 배달 서비스
5. Lewis(마동혁): “충분히 듣고, 줄을 서서 기다린 다음, 말하세요” 기반 팀 미팅 모더레이터
6. Typecoder(박광은): 웹 플렛폼을 통해 만들어지고, 공유되고, 사용되는 프로그램 기반 폰트 포맷
7. Lumin(박현주): 운전자와 어린이의 시야를 가리지 않도록 도와주는 어린이용 우산
8. Blow-yancy(배수정): 중성 부력 트레이닝을 위한 다이빙 VR 장치
9. Disk-it(안치은): 취미 활동을 즐기는 사람을 위한 유형의 커스텀 온라인 음악 플레이리스트 인터페이스
10. Drink’O(윤덕진): 확장된 주류 경험을 위한 구독 기반 주류 공유 서비스
11. DeMist(이우진): 가리개 자동 서리 제거를 위한 전면 헬멧 부착물 12. Diplore(지연희): 유튜브 입문자를 위한 장비 공유 서비스
그동안 산업디자인학과 건물에서 진행했던 졸업전시회는 보다 많은 KAIST 구성원과 작품을 공유하기 위해 올해부터 비전관에서 개최된다.
지난 11월 15일는 본 전시에 앞선 개막식 행사가 진행되었으며 채수찬 대외부총장, 문수복 학술문화원장, 최성율 공과대학 부학장, 남택진 산업디자인학과장 등이 참석해 전시회에 참여한 학생들에게 응원과 축하의 메시지를 전달했다.
남택진 산업디자인 학과장은 "산업디자인학과 관계자뿐만 아니라 KAIST의 모든 구성원이 보다 가까운 곳에서 전시회를 관람할 수 있도록 비전관에서 개최하게 되었다ˮ며 "진학·취업 등 새로운 인생의 막을 시작하는 학생들에게 이번 전시회 준비가 좋은 추억과 경험으로 쌓이길 바란다”고 밝혔다.
〈졸업전시회 오프닝 행사 및 비전관에서 진행중인 졸업 전시회 현장 〉
한편, 이번 전시회에 참여한 졸업 예정자들의 작품은 12월 4일부터 8일까지 나흘간 서울 코엑스에서 열리는 서울디자인페스티벌에도 출품되어 대중에게 선보일 예정이다.
2019.11.22 조회수 18311 -
스마트과학관 전시연구단 성과 발표
우리 대학은 스마트과학관 전시연구단(단장 전산학부 한동수) 사업의 일환으로 동영상이 연계된 AR 사진 제작 기법·과학 청진기·로봇 안내 시스템 등의 기술을 11월 7일과 8일 대전 국립중앙과학관(관장 정병선)에서 전시했다.
KAIST 지능형서비스 연구실(전산학부 한동수 교수), 원더랩(산업디자인학과 이우훈 교수), HCI 연구실(전산학부 이기혁 교수), 컴퓨터 그래픽스 및 가시화 연구실(전산학부 박진아 교수) 등이 참여하는 이번 행사에는 전시콘텐츠·전시운영기술·전시기반기술 분야에서 15개의 연구팀이 성과물을 선보였다.
`VR/AR/홀로그램 과학문화 콘텐츠', `O2O 기반 실감형 버츄얼 과학관', `동영상이 연계된 AR 사진 제작 기법', `과학문화전시 큐레이션 기술과 오감자극 전시 디자인 기술' 등이 출품되어 8일에 각 연구팀의 발표가 진행됐다.
한국연구재단에서 지원하는 과학문화전시서비스 역량강화지원사업은 전국 과학관·박물관·미술관 등에 실내 위치 인식 기술·증강현실(AR)·가상현실(VR)·사물인터넷(IoT)·인공지능(AI) 등의 최신 IT 기술을 접목한 서비스를 도입해 관람객을 위한 새로운 전시 체계를 개발하는 연구를 수행하고 있다.
참여 연구팀은 각 지역의 과학관과의 협업을 바탕으로 일상생활이 곧 실험실이 되는 `리빙랩(Living Lab, 생활실험실)을 운영하며 연구와 개발을 진행 중이다.
한동수 스마트과학관 전시연구단장은 "국제과학심포지움과 함께 진행되는이번 전시는 체험하는 과학·실감하는 과학·상상을 현실로 만드는 과학을 목표로 진행하고 있다ˮ고 강조했다.
이어, 한 단장은 "실내 위치인식·로봇·인간/컴퓨터 상호작용(Human-computer interaction)·AR/VR과 같은 최신 IT 기술을 접목시킨 연구팀의 땀과 노력이 관람객들의 공감을 얻을 수 있기를 기대한다.”고 밝혔다.
2019.11.08 조회수 20003 -
스마트 과학관 전시연구단 출범
우리대학과 국립중앙과학관(관장 배태민)이 실내 위치인식 기술과 증강현실(AR) 및 가상현실(VR), 사물인터넷(IoT), 인공지능(AI) 등 4차 산업혁명 관련 핵심기술을 상호 연계시켜 과학관의 전시안내 기술혁신을 위한 새로운 시스템 개발을 위해 ‘스마트 과학관 전시연구단’을 최근 출범했다.
30일 KAIST에 따르면 이 연구단은 한국연구재단의 지원을 받아 전시기반기술·전시운영기술·전시콘텐츠 등 3개 분야에 KAIST 등 9개 대학과 전자부품연구원 등 2개 연구기관 등 모두 11개 기관이 주관기관으로 참여해 오는 2022년까지 4년간 모두 15개 과제를 수행한다.
그동안 과학관 전시안내는 전문적인 지식을 갖춘 안내자의 절대적인 부족으로 많은 어려움을 겪었을 뿐만 아니라 스마트폰을 활용한 전시안내의 효율성도 떨어진다는 지적을 받아 와 과학관 전시안내를 위한 새로운 전시서비스 기술개발에 대한 필요성이 대두돼왔다.
우선 연구단이 목표로 하는 실내 위치기반 전시안내시스템이 개발되면 관람객들은 위치에 따라 증강 및 가상현실(AR/VR) 등을 포함한 다양한 기술을 적용한 전시안내 서비스를 받게 된다. 특히 스마트폰을 통해 전문 안내자의 설명을 직접 듣는 것과 같은 유사서비스도 제공받을 수 있다.
이 시스템에 적용되는 실내 위치인식 기술은 KAIST가 개발한 실내 위치인식시스템 KAILOS(KAIST Indoor Locating System)가 활용될 예정이다. 연구단은 이밖에 관람객들의 다양한 요구를 과학관측에 즉각 전달해 전시개선에 반영될 수 있게 하는 리빙랩 기법도 적용할 방침이다.
국립중앙과학관과 KAIST는 연구단이 개발한 새로운 전시안내시스템을 대전 국립중앙과학관부터 우선 적용하되 전국 167개 과학관과 과학관처럼 각종 전시물을 안내하는 각 지역의 박물관과 미술관에도 단계적으로 확대할 방침이다.
배정회 국립중앙과학관 전시단장은 “매년 과학관을 방문하는 수십만 명의 청소년들에게 과학을 통한 꿈과 영감을 심어주기 위해 4차 산업혁명시대에 걸맞게 전시안내도 이제는 최신 IT기술을 활용해 이뤄져야 한다”고 강조했다.
연구단장을 맡은 KAIST 한동수 교수(전산학부)는 “과학관 전시기술과 전시 콘텐츠를 체계적으로 구성해 스마트 과학관 전시플랫폼에 담을 계획”이라며 “AR·VR 기술과 실내 위치인식 기술이 통합되어 전시안내에 활용되는 첫 사례가 될 것”이라고 덧붙였다.
2018.08.30 조회수 15099