[왓처데일리] 국내 연구팀이 레이저 빛을 이용해 피부에서 촉감을 느끼게 하는 원천 기술을 세계 최초로 개발했다. 레이저 빛을 이용한 촉감 유발 기술은 촉감 인터페이스가 필요한 가상 증강 현실과 게임, 로봇 원격제어 등 IT(정보기술) 응용 분야 발전의 새로운 전기가 될 것으로 보인다.

건국대 의료생명대학 정순철 교수(의학공학부) 연구팀은 12일 인체 외부에서 가해지는 다양한 물리적 자극을 촉감신호로 변환시키는 피부 기계적 감수기(mechanoreceptor)들을 레이저 열탄성효과를 이용해 활성화 시켜 레이저 빛을 이용해 촉감을 구현하는 새로운 기술을 개발했다고 밝혔다. 기계적 감수기는 근육, 건, 인대, 관절낭 그리고 피부에 분포되어 있으며 움직임에 대한 정보를 중추신경계로 보내는 역할을 하는 구심성 자극을 말한다.

기계·열·전자기 등으로 감각을 느끼게 하려면 자극기가 반드시 피부와 닿아야 하지만 이번 연구 성과는 이런 한계를 극복했다고 건국대는 설명했다. 이 기술의 핵심은 다양한 물리적 자극을 촉감 신호로 변환시키는 피부의 조직 부분에 레이저 빛을 이용해 순간적으로 열을 가해 자극하는 것이다. 기존 레이저를 이용한 자극법이 피부에 상처를 내거나 화상을 입힌 것과는 달리 피부 조직에 전혀 피해를 주지 않는다고 정 교수는 설명했다.

이번 연구 결과는 세계적 과학 학술지인 네이처의 자매지인 ‘사이언티픽 리포트’(Scientific Reports) 6월5일자 온라인에 ‘레이저 열탄성효과를 이용한 촉감 제시 기술(Laser-induced thermoelastic effects can evoke tactile sensations)’이라는 제목으로 게재됐다.

또한 레이저를 이용한 촉감 구현기술이 세계 최초기술임을 인정받아 2015년 6월에 미국 시카고에서 개최되는 세계 햅틱스 컨퍼런스(World Haptics Conference)에 시연을 초청받았다.

기존의 기계적, 열적, 전자기적 기술로 촉감을 제시하는 방법들은 ‘자극기가 반드시 피부와 접촉’이 되어있어야 하고, ‘복합적이고 감성적인 촉감 제시에 한계’가 있으며, ‘공간 표현 능력(공간 분해능) 제한’ 이라는 공통된 단점들이 있었으나 이번 연구는 레이저의 특성을 이용하여 이들 한계를 극복할 수 있다는 사실을 처음으로 증명했다.

건국대 연구팀이 개발한 기술의 핵심은 인체 외부에서 가해지는 다양한 물리적 자극을 촉감신호로 변환시키는 피부 기계적 감수기(mechanoreceptor)들을 레이저 열탄성효과를 이용하여 활성화 시키는 것이다.

피부 기계적 감수기들의 특성에 적합하도록 레이저의 다양한 광학적 파라미터들을 최적화하여 고정밀/고기능/최소 또는 비접촉식의 촉감을 유발할 수 있는 원천 기술을 개발한 것이다. 정순철 교수는 “레이저를 쏘였을 때 보통 뜨겁다는 느낌을 받는데 이번 연구는 누르는 느낌을 받는 것”이라고 설명했다.

건국대 연구팀은 이러한 기존 기술의 본질적 한계를 획기적인 발상의 전환을 통해 레이저의 특성을 이용하여 극복할 수 있다는 사실을 세계 최초로 증명했으며, 새로운 응용 영역에의 도전에 괄목할만한 성과를 달성했다고 밝혔다.

이 연구는 현재 미래창조과학부(장관 최양희)와 한국연구재단(이사장 정민근)이 추진하는 ‘미래유망 융합기술 파이오니어 사업(2011년에 선정)’의 지원을 받아 진행됐다.

이 연구를 수행하는 국내 융합 연구 그룹(연구 책임자 건국대 정순철 교수)인 ‘레이저 기반 촉감 구현 기술 연구단’은 의공학, 물리학, 전자공학, 뇌공학, 생리학, 컴퓨터공학, 인지공학 등 다양한 분야의 전문가로 구성된 융합 연구단으로 건국대 글로컬캠퍼스 연구진을 주축으로 조선대, 아주대, 울산과학기술대, 한양대, 포항공대와 한밭대가 연구에 참여하고 있다.

현재까지 국제저명 저널에 41편의 논문을 게재하였고, 국제특허 1건 등록 및 2건 출원, 국제 PCT 6건 출원, 국내특허 20건 등록 및 29건 출원 등의 성과를 달성하였고, 추가적인 원천 특허 확보를 위해 노력하고 있다.

연구 책임자인 건국대 글로컬캠퍼스 의학공학부의 정순철 교수는 “향후 본 기술은 촉감 인터페이스가 필요한 모든 분야, 예를 들어 가상현실, 증강현실, 게임, 로봇 원격제어 (IT 분야)와 재활기기, 보조기기, 원격 진료환경에서의 촉진(BT 분야) 그리고 다양한 운송 및 전자장치 등의 획기적 발전에 큰 기여를 할 수 있을 것”이라 밝혔다.