VR서 온도도 느낀다…서울대 연구진, 냉·열감 구현기술 개발

[이데일리 한광범 기자] 가상현실(VR) 내에서 차가운 콜라 병이나 따뜻한 커피잔을 만졌을 때 가상의 온도가 느껴지는 ‘소프트 웨어러블 열적햅틱(thermo-haptic) 소자’가 서울대 연구진에 의해 개발됐다.

서울대 공대는 3일 기계항공공학부 응용 나노 및 열공학 연구실 고승환 교수와 인터랙티브/네트워크 로보틱스 연구실 이동준 교수가 협력을 통해 가상현실 세계에서 가상의 냉·열감을 자유자재로 구현하는 피부 형태의 웨어러블 소자를 개발했다 밝혔다.

최근 가상현실은 급속도로 발전해, 얼마 전 방영된 ‘MBC 스페셜 특집 VR 휴먼다큐멘터리 너를 만났다’에서처럼 가상현실에서 세상을 떠난 딸과 만나는 일도 가능해졌다. 당시 방송에서 가상현실 속 아이의 몸짓, 걸음걸이, 목소리, 말투 등을 자연스럽게 구현해 화제를 모았다.

서울대 기계항공공학부 응용 나노 및 열공학 연구실 연구팀. 왼쪽부터 고승환 교수, 이진우 박사과정, 설혜연 박사과정. (사진=서울대)

고승환 교수는 “당시 방송에서 온도에 대한 촉각을 더할 수 있었다면 더 따뜻한 딸을 안을 수 있었을 것”이라며 “더 나아가 방문하기 어려운 장소에 가거나 만날 수 없는 사람을 만나는 가상체험도 가능하다”고 설명했다.

현재 상용화된 가상현실 소자는 주로 시각과 청각에 의존적이라서 거칠기, 단단함, 압력, 온도 등을 인식하는 촉각에 대한 다양한 정보를 놓칠 수밖에 없다.

이에 국내외 연구진들은 외부 자극을 인식하는 수용체가 고도로 발달한 손의 촉각을 재현할 수 있는 웨어러블 소자 개발에 심혈을 기울여왔다.

연구팀은 촉각 중에서도 온도에 대한 열감에 주목했다. 연구팀은 가상현실상에서 접촉한 물체 표면의 온도를 자유자재로 구현할 수 있는 소자를 개발했다.

이를 토해 피부에 밀착시킬 수 있도록 두 배 이상 늘어날 만큼 유연한 형태로 제작되어 착용감을 높이고, 소자와 피부 간 열전도를 향상해 몰입감을 최대화했다.

가상현실 열감소자 착용 실험.

연구진은 가상현실에서 사용자가 가상 물체를 만지면 펠티에 원리(Peltier Effect)를 이용해 사용자 손 피부의 온도가 물체 온도와 상응하게 바꿔줄 수 있도록 했다.

또 소자 배선 형태를 직선이 아닌 꼬불꼬불한 서펜타인 구조로 제작해 응력을 분산해 소자를 고무와 같이 늘어날 수 있게 했다.

아울러 손가락의 위치를 실시간 감지할 수 있는 웨어러블 장갑에 소자를 삽입해 피부에 손상을 주지 않는 범위(섭씨 10~45˚도)에서 피부 온도를 조절했다.

그 결과 가상현실에서 차가운 맥주병이나 뜨거운 커피잔을 만졌을 때 온도를 비롯해 물질에 따른 열전도 등 다양한 열적 정보를 전달할 수 있게 됐다.

가상현실의 냉·열감은 게임을 비롯해 군에서의 혹한기·혹서기 훈련이나 의료 실습, 예비 소방관 훈련 등에 폭넓게 활용될 수 있다.

고승환 교수는 “가상현실의 무궁무진한 잠재력을 최대한 활용하려면 보거나 듣는 것에서 나아가 몸으로 직접 느낄 수 있어야 한다”며 “촉각 중 하나인 온도에 대한 감각을 구현한 이번 성과가 그 첫걸음이 될 것”이라고 강조했다.

연구 결과는 세계적으로 주목받아 지난 2월 9일 어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials) 온라인에 실렸다(Stretchable Skin?Like Cooling/Heating Device for Reconstruction of Artificial Thermal Sensation in Virtual Reality).

이번 연구는 한국연구재단의 기초지원사업 중견연구자지원사업 및 선도연구센터 사업의 지원을 받았다.