헬로티 이동재 기자 |

 

 

2045년 미래를 배경으로 극도로 발전된 형태의 메타버스를 그린 스티븐 스필버그의 영화 ‘레디 플레이어 원’에서 주인공은 온 몸을 감싸는 수트를 입고 특별한 장갑을 낀 채, 가상현실 ‘오아시스’ 속 세상을 활보한다.

 

오아시스 속에서 누군가가 주인공의 아바타를 만지면 현실세계의 수트가 파란 빛을 발하며 주인공에게 신경 신호를 전달한다. 주인공이 끼는 장갑은 손가락의 움직임을 그대로 가상현실의 아바타에게 전달해 아바타가 자유롭게 물건을 집고 던질 수 있도록 할 뿐 아니라, 거꾸로 물건의 촉감과 온도, 움직임 등을 완벽하게 주인공에게 전달한다.

 

 

덕분에 영화 속 가상현실에선 운전, 격투, 학업, 여행, 연애(?) 등 사실상 모든 일이 가능하다.

 

영화가 그린 메타버스는 현실세계의 그것과 구분하기 힘들 만큼 흡사한 경험을 사용자에게 제공한다. 여기서 핵심은 ‘촉각 기술’이다. 꿈만 같은 기술이지만 이미 관련된 연구에서 주목할 만한 성과들이 나오고 있다. 국내에도 촉각 기술 개발에 뛰어든 연구자들이 있다.

 

 

KAIST 등 공동 연구팀의 ‘인간 피부신경 모사형 인공감각 인터페이스 시스템’

 

지난 7월 KAIST, 고려대학교, 한양대학교 공동 연구팀이 인간 피부신경 모사형 인공감각 인터페이스 시스템의 개발 성과를 공개했다. 인공감각 시스템은 인간이 무언가를 만질 때 발생하는 촉각 신호를 인공적으로 재현해 전달하는 기술이다.

 

국제 학술지 `네이처 일렉트로닉스'에 출판된 해당 연구는 메타버스뿐 아니라 화상 환자나 절단 환자 등을 위한 인공피부나 의수/의족 등에도 사용될 수 있어 많은 이들의 주목을 끌었다.

 

 

인공 감각 시스템은 구현해야 할 원리와 시스템이 고도로 복잡하다. 특히 인간의 신체가 촉각을 감지할 때는 다양한 유형의 촉각 수용기를 통해 압력, 진동 등의 정보를 조합하는 등 복잡한 과정을 거치기 때문에, 영화와 같이 완벽한 인공 감각 시스템을 구현하는 일은 매우 어려운 일이다.

 

연구팀은 전자 피부를 제작하고 센서를 실제 신경 패턴에 기반한 신호 변환 시스템과 연결해 인간의 촉각 인식 프로세스를 최대한 모방하고자 했다.

 

센서를 통해 생성된 데이터는 자체 제작한 회로 시스템을 통해 실제 감각 신호와 같은 형태의 패턴으로 변환되는데, 연구진은 생체 내 상황을 최대한 모사하기 위해, 실제 감각신경을 추출, 다양한 감각에 의한 신호를 측정해 함수화하는 방법을 사용했다.

 

연구진이 해당 시스템을 동물 모델에 적용한 결과, 인공 감각 시스템에서 발생한 신호가 생체 내에서 왜곡 없이 전달됐다. 연구팀이 지문 구조로 만든 감각 시스템은 딥 러닝 기법을 통해 20여 종의 직물의 질감을 99% 이상 분류하는 데 성공했다.

 

KAIST의 박성준 교수는 “이번 연구는 실제 신경 신호의 패턴 학습을 바탕으로 한 인간 모사형 감각 시스템을 세계 최초로 구현했다는 데 의의가 있다”면서 “해당 연구를 통해 향후 더욱 현실적인 감각 구현이 가능할 뿐 아니라, 연구에 사용된 생체신호 모사 기법이 인체 내 다양한 종류의 타 감각 시스템과 결합될 경우엔 더욱 큰 시너지를 낼 수 있을 것”이라고 말했다.

 

ETRI의 ‘텔레햅틱’

 

한국전자통신연구원(이하 ETRI)은 ‘텔레햅틱(Tele-haptic)’ 기술을 개발 중이다.

 

텔레햅틱은 먼 거리를 뜻하는 ‘텔레(Tele-)’와 만진다는 뜻의 ‘햅틱(Haptic)’의 합성어로, 촉감을 원격으로 재현하는 기술이다. 직접적인 접촉 없이 실제로 만지는 것처럼 대상의 형태와 움직임, 온도 등을 느끼게 하는 기술로, 초보적인 단계이지만 핸드폰이나 게임 컨트롤러의 진동이 이에 해당한다고 할 수 있다.

 

산업용 로봇을 이용한 다양한 원격작업 등에도 쓰일 수 있을 만큼 활용성이 높은 텔레햅틱 기술은 영화에서처럼 특히 메타버스와 결합해 무궁무진한 가능성을 열 수 있을 것으로 기대되고 있다.

 

 

지난 4월 ETRI 연구진은 압전 소재와 센서, 액추에이터 등을 이용해 15m 거리 밖에서 금속이나 플라스틱, 고무와 같은 사물의 촉질감을 느끼는 데 성공했다고 밝혔다. 해당 연구는 기능성 신소재 분야의 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’에 게재됐다.

 

텔레햅틱 기술에서 센서는 촉각 정보를 수집하고 액추에이터는 수집된 정보를 동일한 감각으로 복제, 재현한다. ETRI에 따르면, 연구진이 자체개발한 압전 센서는 현재 사용 중인 세라믹, 폴리머 압전 소재보다 유연하면서 높은 압전 성능을 가지고 있다. 압전 액추에이터의 빠른 응답과 높은 출력, 변위 특성은 촉감을 생생하게 재현하도록 만드는 핵심 요소다.

 

연구진은 높은 출력과 변위 특성을 확보할 수 있는 멀티몰프 구조를 적용, 기존의 단순 적층 세라믹 구조보다 최대 11배 높은 변위 차이를 만들었다고 밝혔다. 연구진은 이를 통해 센서에서 수집된 촉질감 데이터를 그대로 재현할 수 있었다고 설명했다.

 

센서와 액추에이터를 통해서는 두드리거나 누르는 위치뿐 아니라 표면의 거칠기, 마찰 등의 질감 정보와 소리도 전달된다. 연구진은 획득 및 재현된 신호가 약 97% 일치했으며, 데이터 신호 전달과정에서 지연이 거의 없어 실시간으로 감각을 느낄 수 있었다고 밝혔다.

 

ETRI 관계자는 “가상·증강현실용 텔레햅틱 기술은 매장을 방문하지 않고도 제품의 질감을 느낄 수 있게 한다”며 “향후 자동차, 장애인의 재활, 메타버스 등에 활용될 수 있도록 기술 고도화에 노력하겠다”고 말했다.