콘택트렌즈로 구현한 홀로그램 성큼···메타표면 프린팅 기술 개발

[이데일리 강민구 기자] 포항공대(POSTECH)는 노준석 기계공학과 교수팀을 주축으로 박인규 KAIST 교수 연구팀, 정준호 한국기계연구원 박사 연구팀이 보습력이 우수한 ‘히알루론산’으로 콘텍트렌즈 위에 메타표면을 인쇄(트랜스퍼 프린팅)하는 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.

연구진들의 증명사진.(왼쪽부터)노준석 포항공대 교수, 김경태 통합과정, 박인규 KAIST 교수, 고지우 KAIST 박사, 정준호 기계연 박사.(사진=포항공대)

메타표면은 나노미터 크기의 구조체를 사용해 빛을 제어하는 기술이다. 증강현실 분야 장치 소형화에 필수적인 기술이다. 그러나, 기존 전자빔 리소그래피 등 공정은 비용이 많이 들고, 임프린트 공정은 우리 몸에 유해한 물질을 사용한다는 문제가 있었다. 안경형 증강현실에서 발전해 콘텍트렌즈 형태의 초소형 증강현실을 구현하려면 비용이 낮고, 생체에 적합한 제작 기술이 필요하다.

연구팀은 피부 진피 성분인 히알루론산의 특성을 활용해, 나노구조체를 콘택트렌즈 위에 안정적으로 트랜스퍼 프린팅하는 기술을 고안했다. 히알루론산은 수분 함량에 수축과 팽창을 반복하며 결합에너지가 달라지는데, 이를 이용하여 나노구조체를 집어 올릴 때는 히알루론산을 수축시켜 결합에너지를 높이고, 렌즈에 내려놓을 때는 팽창해 결합에너지를 낮추는 방식으로 효율성을 높였다.

콘텍트렌즈 위에 결합된 메타표면에서 생성되는 홀로그램의 모식도.(자료=포항공대)

그 결과, 메타표면은 동공 크기의 0.25%만 차지하면서도 가상의 홀로그램 이미지를 형성했고, 습윤 환경에서도 구조적 안정성을 유지했다. 실험 결과, 20~90%의 상대습도에서도 성능을 유지했다.

노준석 교수는 “생체에 적합한 히알루론산을 사용해 콘택트렌즈에 메타표면을 인쇄했다”며 “앞으로 증강현실을 포함한 다양한 산업의 웨어러블 기기에 응용될 가능성이 크다”고 말했다.

연구 결과는 재료과학 분야 국제 학술지인 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’에 지난 8월 9일자로 게재됐다.