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Mixed Reality 콘서트 개최, 기술과 예술의 경계를 넘다
우리 대학 산업디자인학과 안드레아 비앙키 교수팀은 지난 2024년 5월 9일, KAIST 본원 산업디자인학과동(N25동) 1층 테라스에서 Mixed Reality 콘서트를 개최했다.
이번 행사는 음악과 첨단 기술의 융합을 통해, 기존 공연 예술의 경계를 확장하고 새로운 감각적 경험을 제안하기 위한 실험적 프로젝트의 일환으로 기획되었다.
콘서트에서는 클래식, 일렉트로닉, 재즈 등 다양한 장르의 음악을 XR(eXtended Reality, 확장 현실) 기술을 통해 재해석하고, 시청각적 몰입감을 극대화한 새로운 형태의 무대 경험을 선보였다. 특히, 가상현실(VR), 증강현실(AR), 혼합현실(MR) 요소를 실시간으로 결합하여, 현실 공간과 디지털 콘텐츠가 공존하는 무대를 연출하였다.
공연은 KAIST 재학생 및 교직원, 외부 초청 관객 등 다양한 층의 참여 속에서 진행되었으며, 관객들로부터 “기술과 예술의 이상적인 융합”, “무대와 관객이 하나로 연결된 새로운 공연 경험”이라는 긍정적인 평가를 받았다.
이와 같은 시도는 단순한 공연을 넘어, 기술 기반 예술 콘텐츠 개발의 가능성을 KAIST가 선도하고 있음을 보여주는 사례로 볼 수 있다.
비앙키 교수팀은 향후에도 본 프로젝트를 기반으로 글로벌 규모의 Mixed Reality 콘서트를 확장·개최할 계획이며, 다양한 문화적 맥락 속에서 기술과 예술의 융합 가능성을 실험하고 KAIST의 창의적 비전을 국제 사회에 널리 알리고자 한다.
2025.06.05
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VR 정밀포인팅·안무 창작 기술, 세계 최고 CHI 학회 2관왕
가상공간에서는 정확하게 포인팅이 되지 않으면 원하는 대상을 정확히 선택하기 어렵고, 몰입이 깨지는 어색한 경험을 하게 된다. KAIST 연구진이 가상공간에서 생생하게 실제 체험하는 느낌을 주는 기술을 개발했으며 또한 안무가들의 안무 동작을 쉽게 만들고 창작을 돕도록 하는 기술도 개발했다.
우리 대학 문화기술대학원 윤상호 교수 연구팀이 미국 UCLA(University of California, Los Angeles)의 양장(YangZhang) 교수와 공동연구를 진행한 ‘티투아이레이(T2IRay)’ 기술과 가상현실에서 안무가들이 창작 작업을 보다 자유롭고 창의적으로 진행할 수 있도록 돕는 ‘코레오크래프트(ChoreoCraft)’ 기술을 개발했다. 이 기술들은 인간-컴퓨터 상호작용 분야 최우수 국제학술대회인(CHI) 2025*에서 상위 5%에 주어지는 우수 논문상(Honorable Mention)을 동시 2개 수상했다.
*인간-컴퓨터 상호작용 분야 최우수 국제학회(CHI): 4월 25일부터 5월 1일까지 열린 세계 컴퓨터 연합회(ACM) 주최 인간-컴퓨터 상호작용 학술대회(Conference on Human Factors in Computing Systems, CHI 2025)
티투아이레이(T2IRay)는 기존의 단편적인 엄지와 검지(Thumb to Index) 제스처를 확장하여, 가상공간 안의 물체를 자유롭고 정밀하게 조작이 가능하게 하는 새로운 입력 방식을 제안한다.
기존에는 손의 위치나 방향이 달라져도 입력이 끊기거나 정확도가 떨어지는 문제가 있었으나, 티투아이레이에서는 손의 위치나 방향과 관계없이 정밀한 포인팅이 가능하도록 하여 사용자가 훨씬 자연스럽고 끊김없이 조작할 수 있도록 했다.
특히, 손가락 관계성을 바탕으로 로컬 좌표계를 활용하여 손 위치 및 방향에 관계없이 연속적인 입력이 가능하도록 하였다. 엄지의 섬세한 움직임을 좌표계 안에서 매핑하여 정밀하게 인식하고, 고개를 움직이는 자연스러운 동작까지 입력에 반영하여 넓은 범위에서도 자유로운 조작이 가능하다.
윤상호 교수는 “티투아이레이는 손이 고정되지 않은 다양한 상황에서도 부드럽고 안정적인 조작을 가능하게 함으로써 증강·가상현실(AR/VR)에서도 사용자 경험을 획기적으로 향상시킬 수 있다”라고 설명했다.
KAIST 김진아 박사과정이 제 1저자인 이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단이 주관하는 우수신진연구지원사업과 정보통신기획평가원(IITP)에서 지원하는 대학ICT연구센터(ITRC) 육성지원사업의 지원을 받았다.
▴ 논문명 : T2IRay: Design of Thumb-to-Index based Indirect Pointing for Continuous and Robust AR/VR Input
▴ 논문 링크: https://doi.org/10.1145/3706598.3713442
▴ T2IRay: https://youtu.be/ElJlcJbkJPY
또한, 윤상호 교수 연구팀은 가상현실에서 안무가들이 창작 작업을 보다 자유롭고 창의적으로 진행할 수 있도록 돕는 ‘코레오크래프트(ChoreoCraft)' 기술을 개발했다.
전문 안무가 대상의 경험 조사를 통해 창작 과정 내 안무가들이 직면하는 동작을 일일이 기억해야 하거나 아이디어가 막히는 경우, 그리고 명확하지 않은 피드백으로 인한 어려움을 개선하고자 했다.
이 기술은 가상현실(VR) 공간에서 춤 동작을 모션 캡쳐 기반의 아바타와 상호작용을 통해 직접 동작을 저장하고 수정할 수 있도록 하여 기억 의존을 줄였으며 음악 및 이전 동작과의 자연스러운 연결을 고려하여 새로운 안무를 추천해 창작을 도왔다. 또한 균형감, 안정성, 활성도 등 운동학적 요소를 분석하여 수치 기반 안무 피드백을 제공함으로써 창작 과정의 객관성도 높였다.
윤상호 교수는 “코레오크래프트는 안무가들이 직면하는 주요 어려움을 해결하고 창의성과 효율성을 향상시킬 수 있는 도구로 실제 안무가를 대상으로 한 사용자 실험에서도 창의적 아이디어 발굴과 정량적 피드백 제공 측면에서 높은 만족도를 얻었다. ”라 설명하며, “앞으로도 공간 컴퓨팅을 넘어 피지컬 인공지능(Physical AI)과 인간-컴퓨터 상호작용(HCI) 기술을 융합해, 실세계와 가상세계에서 인간의 능력을 확장하는 인간 중심 인터랙션 연구를 이어갈 것”이라고 밝혔다.
정경은 박사과정과 한현영 석사과정 연구원이 공동 제1 저자인 해당 연구는 문화체육관광부에서 시행한 문화예술실감서비스개발사업인 실시간 실가상 융합 기반 공연예술 교육 플랫폼 기술개발의 지원 아래 한국전자통신연구원(ETRI) 및 ㈜원밀리언(대표 김혜랑)과 협업을 통해 진행됐다.
▴ 논문명 : ChoreoCraft: In-situ Crafting of Choreography in Virtual Reality through Creativity Support Tool
▴ 논문 링크: https://doi.org/10.1145/3706598.3714220
▴ Choreocraft: https://youtu.be/Ms1fwiSBjjw
2025.05.13
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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
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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
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건설및환경공학과, GS건설과 미래 도시 디지털 기술 업무협약 체결
우리 대학은 GS건설(대표 허윤홍)과 '스마트시티 기술 선도 역량 상호 발전을 위한 협력관계 구축' 양해각서를 22일 체결했다.
이번 협약을 통해 양 기관은 미래 스마트 도시에 필요한 디지털 기술 연구센터를 연내 우리 대학에 설립한다. 해당 산학연구센터는 디지털 전환으로 생성되는 다양한 도시 데이터를 최적화, 머신러닝, 인공지능 학습 등을 통해 디지털 지능(Digital Intelligence)을 발굴하는 연구를 수행한다. 이를 통해 도시민의 편의, 건강 등 삶의 질을 향상하는 동시에 과밀화, 에너지 전환, 기후변화 등 도시가 당면한 복합적인 미래 도전에 대한 과학적 해결 방법을 연구한다.
국내 최초로 시도되는 이번 도시 디지털 지능 산학 협력은 ▴도시 인프라 디지털 전환 ▴디지털 도시 지능(Urban Digital Intelligence) 발굴 ▴도시-인간 상호작용(Urban-Human Interaction) ▴디지털 도시 툴킷(Urban Digital Toolkit) 개발을 중심으로 4년간 추진된다.
우리 대학은 ▴건설및환경공학과 ▴산업및시스템공학과 ▴전산학부 ▴김재철AI대학원 연구진 간의 융합 연구를 통해 문제 해결 중심의 디지털 기술을 개발하는 동시에, 해외 탑티어 대학 및 연구소와의 협력을 기반으로 도시 디지털 기술 분야 글로벌 선두 그룹으로 빠르게 성장할 계획이다. GS건설은 이를 통해 주민의 필요와 편의를 최우선 가치로하는 동시에 지속발전가능한 미래 도시 디지털 원천기술을 확보하는 것이 이번 산학협력의 핵심이다.
우리 대학 관계자는 "이번 GS건설과의 파트너십은 국내 최초로 미래 스마트 도시 구현 디지털 기술을 확보하기 위한 협력으로, '도시 인공지능(Urban AI)' 및 '현실 인공지능(Real-world AI)' 등 미래 신성장 분야에서 우리나라 기업과 대학이 기술적 리더십을 확보할 수 있는 계기를 마련했다는 점에서 큰 의미가 있다"고 언급했다.이날 오후 GS건설 본사에서 열리는 협약식에는 이광형 총장, 윤윤진 연구센터장(건설및환경공학과), 권창현 부연구센터장(산업및시스템공학과) 등 우리 대학 관계자와 허윤홍 대표이사, 허진홍 투자개발사업그룹장, 서상연 Nexus 팀장 등 GS건설 주요 경영진이 참석했다.
2024.08.22
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유럽 미술 300년을 만나다: KAIST 미술관 특별전
우리 대학이 유럽 미술사의 300년을 담은 ＜르네상스에서 초현실주의까지＞ 특별전을 서울캠퍼스 경영대학 SUPEX경영관 2층에서 25일 개막한다.
유로 오스트리아 아츠(EURO AUSTRIA ARTS) 대표인 김진수 연세대학교 명예교수가 기증해 우리 대학이 소장하고 있는 유화 작품 6점을 포함한 그림 94점과 조각작품 4점이 전시된다.
이번 전시는 오스트리아를 중심으로 이탈리아, 독일 등 유럽 미술의 다양한 흐름과 시대적 배경을 존중하고 포용하는 메시지를 전달하기 위해 기획됐다.
유럽 미술의 큰 별인 알브레히트 뒤러, 구스타프 클림트, 파블로 피카소, 마르크 샤갈, 호안 미로를 비롯해 자신의 길을 묵묵히 걸으며 빛내 온 여류화가를 포함한 수많은 작가의 작품을 통해 시대별 화풍의 변모를 엿볼 수 있는 구성으로 전시된다.
▴르네상스의 다양한 면모 ▴자연과 인간의 소통 ▴여류 화가들의 시도 ▴파블로 피카소, 마르크 샤갈의 작품을 통해 바라본 유럽 예술의 다양성과 혁신을 포함해 총 8개 섹션으로 나눠 시대별, 주제별로 주목할 만한 작품을 선보인다.
석현정 미술관장은 "이번 전시는 일상에서 접하기 힘든 귀한 클래식 예술품을 집대성해 관람객이 일상 속 휴식 속에서 예술적 영감을 받을 수 있도록 구성했다"라고 전했다. 이어, 석 관장은 "문제 해결과 디자인에 있어 새로운 시각과 접근 방법을 필요로 한다는 점에서 예술과 과학이 서로 닮아있는 만큼 이번 전시를 통해 창의적인 아이디어를 발전시키기 바란다"라고 덧붙였다.
이번 전시를 공동 주최한 윤여선 경영대학장은 "경영대학에서 수준 높은 전시를 열어 문화적 향유를 제공하게 돼 기쁘다"라고 전하며, "국제적인 시각과 세계적 통찰력을 함양해야 하는 경영학도들에게 유럽 미술의 다양한 작품들이 큰 도움이 되리라 믿는다"라고 밝혔다.
<르네상스에서 초현실주의까지> 특별전은 25일부터 내년 2월까지 학교 구성원은 물론 일반 관람객에게 무료로 공개된다.한편, KAIST 미술관은 2021년부터 세계적인 작품을 수집하고 소장작품을 연구해 과학과 예술의 학문적 연계를 촉진하고 있다. 지속적인 작품 전시를 통해 구성원들의 창의적 사고력을 신장하고 융합형 인재 양성에 기여할 방침이다.
2024.04.24
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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
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차세대 XR 초정밀 위치 인식기술 최초 개발
초정밀 위치 인식기술로 사물인터넷 기기와 로봇의 미세한 움직임을 조종하고, 나아가서는 초실감형 XR 및 초정밀 스마트 팩토리 등 가상 세계에서 현실과 연결을 시키게 하는 인식기술을 세계 최초로 개발해서 화제다.
우리 대학 전기및전자공학부 김성민 교수 연구팀이 무전원 태그를 통해 세계 최초로 160m 장거리에서 7mm(5m 단거리 0.35mm)의 정확도와 1,000개 이상의 위치를 동시 인식하는 초정밀·대규모 사물인터넷(IoT) 위치인식 시스템을 개발했다고 8일 밝혔다.
연구진이 최초 개발한 무선 태그는, 그 신호가 방해 신호와 주파수 영역에서 완전히 분리되어 신호의 질을 100만 배 이상 향상시킨다. 이를 이용하여 초정밀 위치 인식이 가능해지는 원리다. 해당 기술을 접목하면 XR에서 다량의 사물인터넷을 손가락의 미세한 움직임만으로 쉽게 제어할 수 있는 등, 몰입감을 크게 높일 수 있다. 또한 1,000개 이상의 태그를 0.5초 이하에 동시 인식할 수 있어, 수많은 기기를 실시간 조작할 수 있다.
이 기술은 현존하는 실내외 위치인식 기술 중 작동 범위, 정확도 및 규모에서 성능이 월등하여 그 의미가 깊다. 특히, 최신 실내 측위 기술인 차세대무선기술(UWB, Ultra Wide Band)에 비해 300배의 정확도, 10배의 탐지 거리, 100배의 확장성을 갖는다. 즉, 현재에 비해 훨씬 많은 기기를 정밀하게 다룰 수 있음을 의미한다. 또한, 실외 측위에 한정되는 GPS 위치 인식 기술과 달리 다양한 실내외 환경에서 활용될 수 있다.
본 기술의 태그는 스스로 무선 신호를 생성하는 대신, 주변의 신호를 반사하여 통신한다. 마치 거울과 같은 원리로, 신호 생성에 필요한 전력을 아낄 수 있어 초저전력으로 동작한다. 이에 태양전지 등 무전원으로 동작하거나 코인 전지 하나로 40년 이상 구동할 수 있어, 대량 운용에 적합하다.
전기및전자공학부 배강민 박사과정과 문한결 박사과정이 공동 주 저자로 참여한 이번 연구는 모바일 시스템 분야의 최고 권위 국제 학술대회인 `ACM 모비시스(ACM MobiSys)' 2023에 지난 6월 발표됐다. (논문명: Hawkeye: Hectometer-range Subcentimeter Localization for Large-scale mmWave Backscatter)
김성민 교수는 “이번 성과를 통해 스마트팩토리 등 산업체를 넘어, XR(확장현실) 등 민간에서도 포괄적으로 사용가능한 IoT(사물인터넷) 상호적용 기술로, 전방위적인 위치인식 기술의 보급을 가능하게 할 것으로 기대된다”고 말했다.
한편 이번 연구는 삼성미래기술육성사업과 정보통신기획평가원의 지원을 받아 수행됐다.
2023.08.08
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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
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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
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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
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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
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