가상현실(VR) 속에서 얼음물의 차가움과 체온의 따뜻함을 느끼는 것이 가능할까. 시각과 청각 위주로 발달해온 가상현실 기술에 그동안 부족했던 촉각을 더하는 기술을 모교 연구진이 개발했다. 고승환(대학원00-02) 기계항공공학부 교수는 같은 학부 이동준 교수와 협력해 가상현실에서 뜨겁거나 차가운 온도를 느낄 수 있는 전자피부를 개발했다고 지난 4월 3일 밝혔다.

고 교수는 응용 나노 및 열공학 연구실을, 이 교수는 인터랙티브·네트워크 로보틱스 연구실을 이끌고 있다. 각자의 연구 분야를 활용해 가상의 냉·열감을 자유자재로 구현하는 피부형태의 웨어러블 소자를 만들어냈다. 온도를 감지하는 원격 정보기술(IT)은 있었지만 자유자재로 폈다 줄일 수 있는 스트레처블(stretchable) 소재로 개발한 것은 세계에서 처음이다.

그간 국내외 연구진은 외부 자극을 인식하는 수용체가 고도로 발달한 손의 촉각을 웨어러블 소자로 재현하는 데 몰두해왔다. 거칠기와 단단함, 압력, 온도 등을 인식하는 촉각 중에서도 고 교수 연구진은 온도에 대한 열감에 주목하고 가상현실 상에서 접촉한 물체 표면의 온도를 자유자재로 구현할 수 있는 소자를 개발했다. 고무처럼 유연하게 늘어나는 형태로 피부에 밀착시키기 좋고, 소자와 피부 간 열전도를 높여 몰입감을 최대화했다.

가상세계에서 사용자가 차가운 맥주병이나 뜨거운 커피잔 등 가상 물체를 만지면 손 피부의 온도가 물체 온도와 상응하게 바뀌도록 했다. 전류 방향과 전압 크기를 달리해 냉각과 가열을 자유자재로 조절할 수 있는 ‘펠티에 원리’를 이용한 것이다. 또 개발한 소자를 손가락의 위치를 실시간 감지할 수 있는 웨어러블 장갑에 삽입해 피부에 손상을 주지 않는 범위(섭씨 10~45도)에서 피부 온도를 조절했다. 그 결과 가상현실에서 온도뿐만 아니라 물질에 따른 열전도 감각의 차이 등 다양한 열 정보를 전달할 수 있게 됐다.

가상현실 속 냉·열감은 게임을 비롯해 군의 혹한기·혹서기 훈련, 의료 실습, 예비 소방관 훈련 등 폭넓은 분야에 활용할 수 있다. 최근 세상을 떠난 자녀를 VR로 구현해 화제가 됐던 TV프로그램처럼 가상체험을 하는 데 더욱 풍부한 현실감을 부여할 수도 있다.

고 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 말했다.

연세대 기계공학과 졸업 후 모교 기계항공공학부에서 석사학위, UC버클리에서 박사학위를 받은 고 교수는 차세대 웨어러블 디바이스에 활용할 수 있는 주요 기술을 연구해왔다. 인체에 부착 가능한 나노와이어 기반 유연 변형센서, 투명하고 잘 늘어나 웨어러블 기기에 사용하기 좋은 히터 등을 개발했다. 이번 연구 결과는 지난 2월 9일 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈’ 온라인에 실렸다.