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바이오및뇌공학과 박영균 교수, 교육부-KERIS 대학 원격교육 우수사례 공모전 교육부장관상 수상
우리 대학 바이오및뇌공학과 박영균 교수가 교육부와 한국교육학술정보원(KERIS)에서 주최·주관한 ‘제2회 대학 원격교육 우수사례 공모전’에서 11월 4일(금) 개인 부문 최우수상(교육부 장관상)을 수상했다고 밝혔다. 해당 공모전은 전국 대학 및 전문대학의 원격교육 우수사례 발굴·전파를 통한 대학 원격교육 활성화 및 질 제고에 기여하고자 2021년에 시작되어 올해로 2회째를 맞는다.
생물실험교육은 생물실험의 특성상 디테일한 교육이 필요하고, 인큐베이터나 후드 등 값비싼 장비들이 기본적으로 필요하다. 따라서 과거에는 정해진 실험실에서 조교와 학생이 대면하여 상호작용하는 방식으로 교육되어왔다. 이러한 대면실험교육은 질 높은 교육을 제공할 수 있으나, 코로나와 같은 사회적 거리두기 상황하에 진행이 불가능하며, 소수 학생들에게만 교육을 제공할 수 있어 파급력이 떨어진다는 단점이 있다.
박 교수는 대면 생물실험교육시 조교로부터 학생에게 전달되는 풍부한 정보와 조교-학생 간 밀접한 상호작용을 증강현실 기술을 사용해 원격으로 구현함으로써, 원격 생물실험교육을 구현하였다. 즉, 학생이 증강현실 고글을 쓰고 실험실에 들어서면, 실험 과정과 단계에 대한 증강현실 콘텐츠가 적재적소에서 학생에게 보여지며, 이는 대면 교육 시 조교로부터 학생에게 전달되는 풍부한 시각 및 공간 정보를 대체하게 된다 (그림 1~2 참조). 나아가 학생은 필요 시 고글을 사용해 조교에게 전화를 걸어 본인의 실험 과정이나 결과를 실시간으로 보여줄 수 있고, 조교는 이에 대한 증강현실 주석을 달아 학생에게 공유함으로써, 대면상황에서 가능했던 밀접한 상호작용을 원격으로 대체할 수 있게 된다(그림 3 참조). 이러한 증강현실 컨텐츠와 원격 상호작용을 통해, 대면교육과 같은 질 높은 원격 생물실험교육이 가능하게 된다.
박 교수는 이러한 새로운 교육법을 활용해 ‘Bio and Brain Engineering Lab’(BiS425) 라는 과목을 개설하고, 원격 생물실험교육을 두 학기째 시도하고 있다. 나아가 해당 교육법이 학생이 원할 때 실험실에 와서 혼자 실험을 수행할 수 있기에 대면교육보다 더 다양한 종류의 생물실험을 가르칠 수 있다는 점을 활용하여, 다양한 생명수준(세포, 분자, 조직, 개체) 실험을 한 학기에 모두 수행하고 데이터를 통합하여 해석할 기회를 제공하는 ‘통합 생명실험교육’도 시도하고 있다.
박영균 교수는 "KAIST에 부임하면서 새로운 연구에 더해 새로운 교육을 시도해보고자 하는 마음이 있었는데, 이렇게 수상까지 하게 되어 영광이다ˮ면서 "이러한 시도를 물심양면으로 지원해주신 바이오및뇌공학과의 교수님들 및 직원분들과 해당 교육법 구현에 함께한 수업 조교들, 그리고 저희의 새로운 시도를 믿고 사업비를 후원해 주신 KAIST 교육학습혁신센터에 진심으로 감사드린다"며 소감을 밝혔다.
2022.12.09 조회수 2710 -
인간 피부의 압력 감지 능력을 뛰어넘는 로봇용 전자 피부 개발
우리 대학 전기및전자공학부 정재웅 교수 연구팀이 인간 피부의 압력 감지 능력을 뛰어넘는 고감도 및 광범위 압력 측정이 가능한 로봇용 전자 피부를 개발했다고 27일 밝혔다.
연구팀이 개발한 전자 피부는 인간 피부에 비해 더 높은 민감도와 더 넓은 압력 측정 범위를 보여 최근 각광받는 로봇 산업, 헬스케어 산업, 증강 현실 등 다양한 분야에 폭넓게 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
전기및전자공학부 이시목 박사과정과 변상혁 박사과정 학생이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 `어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)' 온라인 버전에 10월 3일 字 출판됐다. (논문명 : Beyond the Human Touch Perception: Adaptive Robotic Skin Based on Gallium Microgranules for Pressure Sensory Augmentation)
인간 피부의 촉각 인지 능력을 모방하는 전자 피부는 원격으로 감도 및 외압 측정이 가능해 메타버스, 로봇 공학, 의료 기기 등 다양한 산업에 활용할 수 있다. 이로 인해 전자 피부가 많은 주목을 받고 있으며, 특히 전자 피부의 핵심 기술인 압력 센서의 민감도를 높이기 위해 많은 연구가 진행됐다.
하지만 개발된 고감도 압력 센서는 압력 감지 범위가 좁다는 단점을 가진다. 이를 해결하기 위해 광범위 압력 감지 센서가 등장했으나 기존 고감도 센서들과 비교해 현저히 낮은 민감도를 보였다. 이에 따라 사용자들은 상황과 목적에 맞춰 별개의 센서를 사용해야 했으며 이 과정에서 측정의 정확도가 떨어지고 번거롭다는 문제가 발생했다.
연구팀은 갈륨(Gallium)과 중합체(Polymer)를 합성해 온도에 따라 민감도와 압력 감지 범위를 변화시킬 수 있는 가변 강성 압력 센서를 개발했다. 개발된 압력 센서는 사용자가 상황과 목적에 맞게 고감도 감지 모드와 광범위 압력 감지 모드를 손쉽게 전환할 수 있도록 설계됐다.
압력 센서의 핵심 소재는 액체금속 중 하나인 갈륨으로, 금속임에도 불구하고 미온(29.76 ℃)에서 녹는점을 가져 쉽게 고체와 액체 간의 상태 변화가 가능하다. 연구팀은 내장된 갈륨의 상태에 따라 센서의 강성률이 변화하는 점에 기반해 온도에 따라 민감도와 감지 범위 변화가 가능한 압력 센서를 제작했다.
연구팀은 미세 유체기반 제작 방식을 통해 균일한 갈륨 미립자를 형성/활용해 압력 센서를 제작했고 이를 통해 센서 간 균일성 및 재현성을 극대화해 신뢰성 높은 대면적 전자 피부 제작을 가능하게 했다.
제작된 전자 피부는 인간 피부와 비교 시 97% 높은 민감도와 262.5% 넓은 압력 측정 범위를 보였다. 연구팀은 전자 피부의 가변성을 활용해 맥박 측정과 같이 높은 압력 민감도가 필요한 상황과 몸무게 측정과 같이 넓은 감지 범위가 필요한 상황 모두에 개발된 로봇 피부가 활용될 수 있음을 입증했다.
정재웅 교수는 "액체금속의 상변화를 활용한 이번 기술은 전자 피부를 넘어 상황과 목적에 맞게 전기/기계적 특성을 변환시킬 수 있는 다양한 다목적 전자기기, 센서, 로봇 기술의 개발에도 활용될 수 있을 것이다 ˮ라고 말했다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부에서 추진하는 나노 및 소재 기술개발사업, ICT 핵심기술개발사업, 한국전자통신연구원 내부연구개발사업 개방형융합선행연구의 지원을 받아 수행됐다.
2022.10.27 조회수 3486 -
스마트폰으로 전시물을 투시한다, 매직렌즈 증강현실 '원더스코프' 개발
우리 대학 산업디자인학과 이우훈 교수 연구팀과 전산학부 이기혁 교수 연구팀이 사물 표면에서 그 내부를 투시하게 하는 새로운 증강현실 장치 원더스코프(WonderScope)를 개발했다고 13일 밝혔다. 스마트폰에 원더스코프를 장착하고 블루투스로 연결한 다음 앱을 켜면 매직 렌즈처럼 전시물 내부를 투시할 수 있다.
요즘 과학관을 방문하면 스마트폰이나 태블릿으로 증강현실 앱을 종종 체험할 수 있다. 앱은 실제 전시물에 디지털 정보를 추가함으로써 색다른 관람 경험을 제공한다. 이때 관람객들은 전시물과 어느 정도 거리를 두고 모바일 화면을 바라보아야 한다. 따라서 전시물 자체보다는 화면 속 디지털 콘텐츠에 집중하는 현상이 벌어지곤 한다. 전시물과 모바일 기기 사이의 거리, 그리고 그사이에서의 주의 분산 때문에 증강현실 앱은 전시물로부터 오히려 관람객을 멀어지게 하는 원인이 되기도 한다. 이 문제를 해결하기 위해 전시물 표면에서 내부를 투시하는 매직 렌즈 증강현실이 필요한 것이다.
이를 위해 스마트폰은 전시물 표면 어디에 위치하는지 파악해야 한다. 통상 스마트폰 위치 파악을 위해 전시물 내부나 외부에 인식 장치를 추가로 설치하거나, 전시물 표면에 특수 패턴을 인쇄해야 한다. 이 경우 전시물 외관이 복잡해지고 공간 구성에 많은 제약이 있어 현실적으로 전시물 표면에서의 매직 렌즈 증강현실 구현은 쉽지 않다.
원더스코프는 전시물 표면에서 스마트폰의 위치를 휠씬 실용적인 방법으로 파악한다. 우선 전시물 표면에 부착된 작은 RFID 태그를 읽어 그 위치를 파악하고, 두 가지 광학적 변위 센서와 가속도 센서를 기반으로 상대적 이동량을 더함으로써 움직이는 스마트폰의 위치를 계산한다. 연구팀은 스마트폰의 높이와 전시물 표면 특성도 감안해 최대한 정확하게 위치를 계산하도록 연구했다. 과학관 전시물에 RFID 태그를 부착하거나 내장시키면 관람객들이 스마트폰으로 매직 렌즈와 같은 증강현실 효과를 쉽게 체험할 수 있도록 한 것이다.
원더스코프의 폭넓은 활용을 위해 다양한 전시물 표면에서 위치 파악이 가능해야 한다. 이를 위하여 원더스코프는 두 가지 상호보완적인 특성의 광학 변위 센서 출력과 가속도 센서 출력을 같이 이용함으로써 종이, 돌, 나무, 플라스틱, 아크릴, 유리 등 다양한 재질은 물론 요철이나 물리적 패턴이 있는 표면에서도 안정적인 위치 파악이 가능하다. 이러한 특성과 함께 원더스코프는 표면에서 4cm 정도 떨어진 범위에서도 위치 파악이 가능해 전시물 표면 근처에서의 간단한 3차원 상호작용 구현도 가능하다.
연구팀은 범용 가상현실(VR) 및 게임 엔진인 유니티(Unity)를 활용해 스마트폰 앱을 쉽게 제작할 수 있도록 다양한 사례 프로젝트 탬플릿과 원더스코프 활용지원도구를 개발했다. 원더스코프는 안드로이드 운영체제를 갖는 스마트워치, 스마트폰, 태블릿과 연동해 사용할 수 있어 전시물에 다양한 형태로 적용 가능하다.
연구팀은 과학기술정보통신부 과학문화전시서비스 역량강화지원사업의 지원을 받아 원더스코프를 개발했다. 원더스코프는 2020년 10월 27일부터 2021년 2월 28일까지 지질박물관에서 개최된 `그곳에 화산이 있었다' 특별전에 지하 화산활동과 화산암 내부를 관찰하는 도구로 활용됐다. 2021년 9월 28일부터 10월 3일까지 국립중앙과학관에서 열린 `청동거울, 과학을 비추다' 특별전에서는 정문경 표면 관찰 도구로 활용됐고, 2022년 8월 2일부터 10월 3일까지 `달 탐사 특별전' 에서는 달착륙선 체험 콘텐츠를 전시했다. 연구팀은 다년간 현장 실증을 통해 원더스코프의 성능과 사용성을 향상했다.
연구팀은 올해 8월 8일부터 11일까지 캐나다 밴쿠버에서 열린 컴퓨터 그래픽 및 상호작용기술 학회인 ACM 시그래프(SIGGRAPH)의 신기술전시회(Emerging Technologies)에서 원더스코프를 데모 전시했다. 전 세계 최신 상호작용기술이 소개되는 이 학회에서 연구팀은 우수전시상(Best in show honorable mention)을 수상했다. 심사위원들은 "원더스코프가 박물관과 같은 전시공간에서 관람객들에게 참여의 즐거움을 제공하는 새로운 기술이 될 것ˮ이라고 평가했다.
원더스코프는 직경 5cm, 높이 4.5cm의 원통형 앱세서리 모듈로서 그 크기가 충분히 작아 스마트폰에 쉽게 부착할 수 있고, 대부분 전시물 안에 문제없이 내장시킬 수 있다. 연구책임자인 산업디자인학과 이우훈 교수는 "원더스코프가 교육은 물론, 상업 전시에서도 다양한 응용이 가능할 것이다ˮ며, "더 나아가 어린이들의 호기심을 자극하는 인터랙티브 교구로도 활용 가능할 것으로 기대한다ˮ라고 설명했다.
원더스코프(WonderScope) 대표 영상 : https://www.youtube.com/watch?v=X2MyAXRt7h4&t=7s
SIGGRAPH E-Tech에서 원더스코프 데모 전시 영상 : https://www.youtube.com/watch?v=c5pRMTIpGf8
국립중앙과학관 달탐사 특별전 (2022.08.02 ~ 2022.10.03) 영상 : https://www.youtube.com/watch?v=cZxwj84TnLM
국립중앙과학관 "청동거울, 과학을 비추다" 특별전 (2021.09.28~2021.10.03) 영상 : https://www.youtube.com/watch?v=T6W19lTt2J8
SIGGRAPH 2022 E-Tech 우수전시상 작품평 : https://s2022.siggraph.org/program/emerging-technologies/
‘디지털 크리에이티비티(Digital Creativity)’ 저널 논문 게재 (2022년, 표지논문) : https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/14626268.2022.2039208
2022.09.13 조회수 4698 -
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 4457 -
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 3822 -
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 10202 -
KAIST, 가상증강현실 전문 인력 양성
우리대학이 증강현실 소프트웨어와 플랫폼 분야 전문 인력 양성에 나선다.
KAIST 증강현실연구센터(센터장 우운택)는 산업통상자원부가 지원하고 한국산업기술진흥원(KIAT)이 전담하는 산업 혁신 인재 성장 지원 사업을 통해 `가상증강현실 전문 인력 양성 사업'을 운영한다.
해당 사업은 미래 신산업 육성 및 주력 산업 분야 석·박사급 전문 인력 양성을 목표로 한국전자정보통신산업진흥회(KEA)가 주관하고 KAIST(증강현실 소프트웨어 및 플랫폼)와 서강대(가상현실 응용서비스)·서울대(증강현실 하드웨어)가 사업단을 구성했다. 각 대학의 특화 분야 인력 양성을 위해 정부가 66.5억 원을 지원하고 참여 기관 및 기업의 예산을 더해 5년간 총 84억 원이 투입될 예정이다.
가상증강현실 분야는 4차 산업혁명의 핵심 사용자 인터페이스로 주목받는 분야다. 특히, 현실의 정보를 가상으로 옮긴 디지털트윈을 통해 정보를 분석해 가시화하거나 축적된 데이터를 기반으로 미래를 예측하고 가상현실로 체험하게 하거나 현실에서 증강현실로 활용하게 하는 기술은 4차 산업혁명을 촉발시킬 핵심 기술로 주목받고 있다.
이에, 우리대학은 문화기술대학원(학과장 노준용)에 `증강현실 프로그램'을 신설하고 올해 상반기에 신입생을 선발해 2020년 가을 학기부터 향후 5년간 증강현실 실무 역량을 갖춘 융합인재 양성에 나선다.
`KAIST CT-AR 프로그램'으로 신설된 대학원 과정은 이달 3일부터 오는 13일까지 신입생을 모집한다. 매년 10여 명의 석·박사 과정 학생을 선발해 디지털 트윈, 환경인식·추적, 실감증강, 지능형 정보증강, 3차원 상호 작용 등 본격적인 증강현실 소프트웨어 및 플랫폼 등을 교육해 관련 분야의 핵심 기술을 선도할 인재를 육성할 계획이다.
선발된 학생들에게는 등록금과 학업 장려금을 지원하고 국내·외 관련 기업과의 공동 연구와 국제학회 참여 기회를 제공한다. 산업 현장에서의 경험과 국제적인 리더십을 고루 갖춘 AR R&D 인력으로 성장할 수 있는 발판을 마련해주기 위해서다.
특히, 산업 현장의 실질적인 요구에 대응하는 실무 역량을 강화하기 위해 기획된 프로젝트 수업에는 (주)버넥트, (주)포스트미디어, (주)맥스트, (주)익스트리플, (주)에이에스티, (주)빅토리아 프로덕션 등 KAIST 산학협력 기업이 함께 참여한다. 학생들은 이들과 함께 현장의 문제를 파악하고 분석하여 해결하는 수업을 전공 필수로 이수해야 한다.
대전시(시장 허태정)도 본 사업과 연계하여 지역 밀착형 인재 양성을 위해 향후 5년간 대응 자금 지원해 KAIST에 개방형 산학협력플랫폼인 `산학협력실'을 신설한다. 새롭게 마련될 공간은 프로젝트 기획 수업 참여자들과 참여 기업이 가상증강현실 분야의 다양한 협력 연구를 시도하는 개방형 실험실로 사용된다.
KAIST는 이번 인력 양성 사업을 통해 국내 관련 기업들이 가상증강현실 분야를 선도하고 새로운 시장을 선점할 수 있도록 지원할 예정이다. 특히, 가상스튜디오, 가상 원격협업실, 가상 교실 등 다양한 테스트 베드를 구축하고 산학협력을 통해 가상증강현실 인력 양성 사업을 적극 지원할 계획이다.
전공 책임을 맡은 우운택 KAIST 문화기술대학원 교수는 "지난 20년간의 경험과 성과를 바탕으로 증강현실 분야의 우수 연구 개발 인력을 양성하기 위해 힘쓸 예정이다ˮ라고 강조했다. 이어, 우 교수는 "앞으로 5년 동안 참여 기업과 더불어 디지털트윈 기반 가상증강현실 시대를 대비할 것ˮ 이라고 포부를 밝혔다.
한편, 이번 `KAIST CT-AR 프로그램' 신입생 모집에 관한 자세한 내용은 문화기술대학원 홈페이지(https://ct.kaist.ac.kr)에서 확인할 수 있다.
2020.04.07 조회수 19632 -
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 8347 -
AST 홀딩스, 발전기금 1억 원 약정
〈 신 성 철 총장, 서 해 규 대표이사 〉
우리 대학이 27일 오후 3시 본관 총장실에서 AST홀딩스 서해규 대표이사를 비롯해 신성철 총장, 김영걸 발전재단 상임이사, 우운택 증강현실연구센터장 등이 참여한 가운데 발전기금 약정식을 진행했다.
AST 홀딩스는 4차 산업혁명을 이끌어갈 증강현실 전문가 양성을 위해 우리 대학에 발전기금 1억 원을 약정했다.
AST홀딩스의 발전기금은 미래 도시에 필요한 지능형 증강현실기술 전문가 양성을 위해 사용될 예정이며 별도 연구프로젝트 지원을 통해 스마트 도시 생활에 필요한 증강현실 기술개발 프로젝트를 공동으로 진행할 계획이다.
1997년 설립된 ㈜AST홀딩스는 가상증강현실 콘텐츠 전문 개발 회사로 삼성전자, 기아자동차 등의 기업과 함께 다양한 디지털 콘텐츠를 제작하고 가상증강현실 기술을 활용한 솔루션 개발 사업을 수행하고 있다.
IT융합연구소 산하 증강현실연구센터는 가상증강현실 분야의 중장기 연구 개발을 통해 우수 연구 인력을 양성하고 핵심요소 기술을 축적해 관련 연구의 확산과 활용에 기여하고 있다.
특히 증강현실연구센터의 멤버십 산학연 파트너십 제도는 산학공동연구의 새로운 기준을 제시한다. 기업은 실무자를 파견해 최신 연구 기술 역량을 확보하고 연구센터는 산업계의 수요를 바탕으로 한 연구 기술 적용 역량을 강화한다.
파트너십 기금을 통해 증강현실연구센터는 신진 연구자들에게 안정적인 연구 환경을 제공하고 해외 우수 연구 인력의 국내 유입을 추진해 전 세계 가상증강 현실 분야를 선도할 열린 산학연 플랫폼의 새 모델이 될 것으로 기대된다.
서해규 AST홀딩스 대표이사는 “KAIST 증강현실연구센터의 파트너십 제도와 산학협력 연구를 통해 4차 산업의 핵심 기술인 가상, 증강현실 기반 미래 도시 플랫폼 연구를 선도해 나가고자 한다”며 “기업의 수요에 맞는 맞춤형 연구를 통해 중소기업의 핵심 연구, 개발 인력 및 기초 기술 확보를 통해 기업과 KAIST의 상생 모델이 만들어질 수 있게 되기를 기대한다”고 밝혔다.
신성철 총장은 “4차 산업 혁명을 선도하고 있는 KAIST에 의미 있는 기부금으로 활용하겠다”며 “국내외 우수 연구 인력을 공동 활용해 모범적인 산학연 협력 모델을 만들어 나갈 수 있도록 적극 지원하겠다”고 말했다.
2018.06.28 조회수 7818 -
Open KAIST 2017 행사, 11월 2일~3일 대전 본원에서 개최
우리대학은 청소년과 일반인들이 세계적인 연구성과물을 쏟아내고 있는 교내 연구·실험실 및 연구센터 등 연구현장을 둘러보고 또 각종 연구성과를 직접 보고 체험할 수 있는 ‘OPEN KAIST 2017’행사를 11월 2일과 3일 이틀간 대전 본원 캠퍼스에서 개최한다. 2001년에 시작돼 올해로 9회째를 맞는 ‘OPEN KAIST’는 교내행사로는 가장 큰 규모로 열리는 우리대학의 가장 대표적인 과학문화 대중화 행사인데 공과대학(학장 김종환 교수·전기및전자공학과)이 주관해 2년마다 개최한다.
이 행사는 특히 일반인에게 과학에 대한 다채로운 과학관련 프로그램 운영을 통해 과학에 대한 궁금증을 풀어주고 미래 한국의 과학기술을 이끌어 갈 청소년들에게는 과학에 대한 꿈과 희망을 키워주는 체험프로그램이다. 다양한 전시물과 프로그램 운영으로 입소문이 나면서 행사 때마다 1만 명 이상의 학생과 일반인이 우리대학을 방문할 정도로 인기를 끌고 있다.
올 행사에는 기계공학과·항공우주공학과·문화기술대학원·전기및전자공학부·전산학부·신소재공학과 등 20개 학과와 인공위성연구소·헬스사이언스연구소·IT융합연구소 등 3개 연구센터, 홍보실 등이 참여한다. 지난 2015년 8회 행사 때보다 참여 학과 및 부서는 4개, 운영 프로그램 수는 6개가 각각 더 늘었다. 이들 학과 및 연구센터는 행사기간 중 ▲연구실 투어 ▲연구성과 전시회 ▲학과소개 ▲특별강연 등 4개 분야에서 총 70개 프로그램을 운영한다.
이번 행사에서 가장 관심을 끌 것으로 기대되는 프로그램은 공과대학이 2일~3일 이틀간 주관, 선보이는 ‘AI 월드컵 2017’ 시범경기다. 올 12월 예정인 ‘AI 월드컵 2017’ 본선을 앞두고 열리는 시범경기는 AI 월드컵 구현방법을 디스플레이 형태로 시연함으로써 참가자들이 보다 직관적으로 이해할 수 있도록 도움을 주고자 마련됐다. ‘AI 월드컵 2017’은 우리대학이 구기 종목 중 인공지능을 채택해서 세계 최초로 여는 공식 축구대회다. Q-Learning을 포함한 AI기술을 기반으로 각 팀당 5대의 학습된 가상의 선수로봇이 참가자의 조작 없이 상대팀 골대에 골을 넣어 득점하는 경기방식으로 치러진다. 참가자가 코딩해서 대회용 서버(Server)에 업로드하면 자동으로 매칭(Matching)을 통해 다른 팀과 경기를 대결하는 롤링 업데이트(Rolling Update)형 풀리그(Full League) 방식으로 진행된다. 11월 1일부터 24일까지 예선기간 동안 누적 경기실적에서 고득점을 획득한 상위 팀끼리 12월 1일 우리대학 본원캠퍼스 KI빌딩에서 결승전을 치룰 예정이다.
다양한 연구실 투어프로그램도 눈길을 끄는데 기계공학과 이두용 교수의‘로봇 및 시뮬레이션 연구실’에서는 의료용 시뮬레이션을 직접 체험할 수 있다. 의료용 시뮬레이션은 의료시술을 훈련하거나 계획하기 위해 실제 시술을 가상환경에서 사실적으로 재현하는 기술이다. 특정 시술에 대한 경험이 부족한 의사들은 훈련용 시뮬레이션을 통해 가상으로 시술을 경험함으로써 숙련도를 높일 수 있고 계획용 시뮬레이션을 이용해서는 시술계획을 사전에 평가·개선할 수 있기 때문에 실제 시술 시 성공률을 높일 수 있다.
항공우주공학과 이정률 교수 연구실은 인공지능 기술을 촬영용 드론이나 RC 자동차 등에 적용해 비행기의 외관 손상을 찾는 방법 등에 대해 소개한다. 또 권세진 교수 로켓연구실에서는 이 연구실에서 직접 제작·발사한 과학로켓(SNUKA Ⅰ&Ⅱ)을 구경하고 설명을 들을 수 있다. 전기및전자공학부 최정우 교수 연구실에서는 열을 이용해서 공기를 압축하고 팽창시켜 소리를 생성하고 음악을 재생하는 신소재 그래핀을 이용한 열 음향 스피커를 시연한다. 이와 함께 건설및환경공학과 김아영 교수 연구실은 도심환경의 정밀한 3차원 맵핑(Mapping)과 관련한 다양한 연구를 수행하고 있는데 이 연구실에서 직접 제작한 모바일 매핑 시스템을 보여주면서 설명과 함께 어떻게 이 맵이 만들어지는지를 실시간으로 보여준다. 모바일 매핑 시스템은 레이저 스캐너·카메라·관성센서·GPS 등 여러 센서를 차량에 장착한 이동형 측량시스템인데 측량이 필요한 곳으로 차량을 이동시키면서 데이터를 획득하고 획득한 데이터를 기반으로 점군 기반의 정밀한 3차원 맵을 생성할 수 있다.
우리대학의 최신 연구성과물도 전시된다. 바이오및뇌공학과는 혈중 암세포 선별 및 분석시스템과 인간감정 모니터링시스템을, 그리고 헤드셋 형태의 뇌파 기기를 머리에 쓰고 상상을 통해 외부기기를 조작하는 뇌·기계 인터페이스 기술을 시연한다. 이도헌 교수가 운영하는 유전자 동의보감사업단에서는 인공지능 가상인체를 이용한 식·약품 발굴기술 등을 전시한다. 산업및시스템공학과는 수학적 모델링·최적화·인공지능 알고리즘이 제조공정에서 어떻게 활용되는지를 보여주는 ‘레고 스마트 제조시스템’, 공정 및 제품 공급현황에 따라 최적화한 건설 및 조선공정을 제시하는 ‘제조 AR/VR 시스템’등 첨단 제조기술을 소개한다. 또 IoT 및 인터넷을 통해 수집한 빅데이터를 산업의 수요에 맞도록 분석해주는 ‘데이터 분석기술’과 ICT 기술과 인문사회과학 이론을 융합해 스마트폰 중독에 대응하기 위해 만든‘스마트폰 중독 자동 판별시스템’등 인간공학 기술도 함께 보여준다.
이밖에 조천식녹색교통대학원은 정지동작과 이동 동작이 가능한 수직 이·착륙 소형 항공기 형태의 드론을 시연한다. 문화기술대학원 비주얼미디어연구실이 보여주는 연구성과물은 광학식 마커와 적외선 카메라를 활용해 사람·동물의 동작을 3D 공간상에 기록하는 모션 캡처시스템과 획득한 동작 데이터를 임의의 3D 캐릭터에 입히는 실시간 리타게팅이다. 관람객들은 이밖에 문화기술대학원이 세계 최초로 자체개발에 성공한 미래형 상영기술인 스크린X와 증강현실 기반의 유적지 스마트 투어시스템 등을 전시하고 체험할 수 있어 융·복합화 연구중심의 과학기술 발전추세를 한눈에 느낄 수 있다.
다양한 주제와 내용으로 꾸며진 특별강연 프로그램도 눈에 띤다. 전산학부 김주호 교수는‘인간 컴퓨터 상호작용(HCI: Human Computer Interaction)’을 주제로 HCI 분야에 대한 소개와 집단지성으로 복잡한 문제를 풀어가는 크라우딩 기법을 소개할 예정이다. 산업및시스템공학과 이태식 교수와 문일철 교수는 각각 ‘세상 속 산업공학’과 ‘인공지능과 산업공학’을 주제로 일반인의 눈높이에 맞춰 산업공학 개론을 들려준다. 또 수리과학과는 ‘수학과 생물학의 아름다운 만남’이라는 주제로 세상에서 존재하는 가장 복잡한 시스템인 생명현상을 이해하는데 최근 수학이 활발히 사용되는 추이를 반영해 소위 생물학의 6번째 혁명이라 불리는 ‘수리 생물학’에 관해 소개와 함께 고등학교에서 배우는 미·적분을 이용해서 다양한 생명현상과 관련한 퍼즐을 풀어보는 시간을 갖는다.
이밖에 학교 홍보관에서 열리는 댄싱로봇 공연을 비롯해 KI빌딩 1층 로비에 설치된 Dr.M 쇼룸에서는 모바일 헬스케어 기술과 이를 융합한 가상의 미래 스마트 홈·병원을 체험할 수 있다. KI빌딩 3층에서는 1인 가구기반의 미래형 주거(스마트 홈) 공간상의 증강현실 서비스 제공 응용시나리오를 시연하는 등 다양하고 풍부한 볼거리가 준비돼 있어 관람객들은 과학기술에 대한 흥미와 감동을 현장에서 보다 생생하게 느낄 수 있다.
김종환 공과대학장은 “OPEN KAIST는 국민들이 실제 연구가 이뤄지는 KAIST의 연구현장을 직접 보고 체험할 수 있는 유일한 기회”라며 “KAIST는 앞으로 인류사회 발전에 기여하는 연구와 창의적·선도형 융합연구에 역량을 집중해 4차 산업혁명 시대를 선도하는 대학으로 국민들에게 더 가까이 다가설 것”이라고 강조했다.
한편 ‘OPEN KAIST 2017’ 행사기간 중 관람을 원하는 사람들은 별도의 신청절차 없이 당일 안내소에서 배포하는 안내책자를 이용해 본인이 희망하는 프로그램을 선택해서 자율적으로 관람할 수 있다. 행사에 대한 세부적인 프로그램과 일정은 관련 홈페이지(openkaist.ac.kr)를 통해 확인이 가능하다. 행사문의는 공과대학 교학팀(042-350-2491~4).
2017.10.23 조회수 19741 -
우운택 교수, 증강현실 속 캐릭터 실시간 조작기술 개발
〈 우 운 택 교수 〉
우리 대학 KI IT융합연구소 증강현실 연구센터의 우운택 교수(문화기술대학원) 연구팀이 증강현실 안경을 통해 현실공간에 존재하는 가상 객체의 이동경로를 간편하고 자유롭게 설정할 수 있는 기술을 개발했다.
이 기술은 홀로렌즈와 같은 투과형 증강현실 안경을 착용한 사용자가 스마트폰을 이용해 현실공간에서 직관적으로 동물, 식물 등의 가상 객체를 조작하면서 이동경로를 실시간으로 설정 및 변경할 수 있다.
유정민 연구교수가 1저자로 참여한 이번 연구 결과는 한국 인간-컴퓨터 상호작용 학회(HCI)에서 지난 8일에 시연됐고, 관련 논문은 2017년도 국제 인간-컴퓨터 상호작용 학회(HCI International 2017)에서 발표될 예정이다.
기존의 증강현실을 저작하는 과정은 피시(PC) 환경에 특화된 저작 프로그램을 이용하거나 전문적인 프로그래밍 언어로 가상의 객체를 선택하고 조작해야 한다. 따라서 과정이 복잡하고 비용이 상대적으로 많이 소요되는 한계가 있었다.
연구팀은 특수한 입력장치를 사용하는 대신 자체 개발한 앱을 스마트폰에서 구동시켜 홀로렌즈가 부착된 안경형 디스플레이 장치와 연동했다.
이를 통해 3차원 마우스와 같은 입력장치로 사용할 수 있고 증강현실 속 가상 객체를 컴퓨터의 아이콘 옮기듯 쉽게 조정하고 이동할 수 있게 된다.
이 기술은 사용자가 스마트폰의 입력 정보와 내장된 3축 기울기 센서로부터 획득한 스마트폰의 자세 정보를 이용해 가상 객체를 선택 혹은 취소하거나 크기를 조절할 수 있다. 또한 가상 객체의 이동경로를 현실 공간에 바로 설정하거나 수정할 수 있다.
이러한 기능은 현실 공간에서 가상 객체의 이동을 직관적으로 설정할 수 있기 때문에 다양한 동적인 증강현실 환경을 현장에서 즉각적으로 구성할 수 있다.
누구나 쉽게 사용할 수 있는 저작도구는 다양한 증강현실 콘텐츠의 즉각적인 생산과 체험을 가능하게 하고 새로운 증강체험 관련 산업의 형성 및 생태계 구축에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
우 교수는 “이 기술은 스마트 폰만 있으면 누구나 콘텐츠를 현장에서 직관적으로 저작할 수 있다”며 “추가 개발될 증강현실 저작도구를 통해 누구나 포켓몬go 같이 가상 캐릭터와 현실공간이 상호작용하는 환경을 만들 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
□ 그림 설명
그림1. 증강현실 체험 위한 안경형 디스플레이기반 이동경로 저작 기술의 개념도
그림2. 기술을 활용하여 증강현실 환경을 구성하는 실제 화면
2017.02.16 조회수 10224 -
박용근 교수, 성능 수천배 향상된 3차원 홀로그래픽 디스플레이 기술 개발
우리 대학 물리학과 박용근 교수 연구팀(KI 헬스사이언스 연구소)이 성능이 2천 배 이상 향상된 3차원 홀로그래픽 디스플레이 기술을 개발했다.
이번 연구를 통해 기존 무 안경 홀로그래픽 기술의 큰 문제점이었던 제한적인 영상 크기와 시야각을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
유현승 박사과정이 1저자로 참여한 이번 연구는 광학 분야 국제 학술지인 ‘네이처 포토닉스(Nature Photonics)’ 1월 24일자 온라인 판에 게재됐다.
공상과학 영화에 자주 등장하는 3차원 홀로그램은 대중에게 친숙한 기술이지만, 영화 속 홀로그램은 컴퓨터 그래픽 효과로 만들어낸 것이다. 실제 기술로 구현하기에는 한계가 많기 때문이다.
이 때문에 디스플레이 산업계는 2차원 영상 두 개로 착시 효과를 활용하는 가상현실(VR)과 증강현실(AR)에 집중하고 있다. 이 기술들은 3차원 이미지 대신 두 개의 서로 다른 2차원 이미지를 눈에 투사하는 방식을 채택한다.
3D안경 등 특수 장비 없이도 볼 수 있는 3차원 홀로그램을 만들기 위해선 공간광파면 조절기(빛이 퍼져나가는 방향을 정밀하게 조절할 수 있는 광학제어장치)를 이용해 빛의 방향을 변경해야 한다.
그러나 이와 같은 공간광파면 조절기를 3차원 디스플레이로 사용하지 못하는 가장 큰 걸림돌은 픽셀의 개수이다. 최근 각광받는 고해상도 모니터의 많은 픽셀 개수조차도 2차원 이미지에만 적합할 뿐 3차원 이미지를 만들기에는 정보량이 매우 부족하다.
이 때문에 기존의 기술로 만들 수 있는 3차원 영상은 크기 1센티미터, 시청 가능 각도 3도 이내 수준으로서 실용성과는 거리가 멀다.
연구팀은 문제 해결을 위해 공간광파면 조절기만 사용하는 대신 간유리를 추가적으로 활용해 빛을 무작위로 산란시켰다. 무작위로 산란된 빛은 여러 방향으로 퍼지기 때문에 넓은 각도에서 시청 가능하고 영상 크기도 확대된다.
하지만 무작위한 패턴을 갖기 때문에 특별한 제어 없이는 3차원 이미지를 볼 수 없다. 연구팀은 빛의 결맞음(파동이 간섭 현상을 보이는 성질) 정도에 대한 수학적인 상관관계를 활용해 빛을 적절히 제어해 문제를 해결했다.
연구팀은 실험을 통해 가로, 세로, 높이 2센티미터 영역에 약 35도의 시청각을 갖는 3차원 이미지를 제작하는 데 성공했다. 이는 기존의 공간대역폭보다 약 2천 600배 이상 향상된 결과이다.
연구팀의 홀로그래픽 디스플레이는 기존의 공간광파면 조절기에 간유리를 추가하는 것만으로 제작이 가능해 일반적인 디스플레이 장치와 결합해 상용화가 가능할 것으로 기대된다.
1저자인 유현승 학생은 “물체의 인식을 방해한다고 여겨진 빛의 산란을 적절히 이용해 기존 3차원 디스플레이보다 향상된 이미지를 만들 수 있음을 선보였다”며 “특수 안경 없이 볼 수 있는 실용적인 디스플레이의 기반이 될 것으로 기대된다”고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단의 시간역행반사 창의연구단 사업과 미래유망융합기술파이오니어사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 3차원 홀로그래픽 디스플레이의 모식도
그림2. 2 cm × 2 cm × 2 cm 영역에 만들어진 3차원 이미지
그림3. 3차원 홀로그래픽 디스플레이의 원리
2017.01.24 조회수 13417