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화재·재난 속 공간 입체적 느끼는 촉각기술 개발
재난 및 화재의 상황은 사람이 직접 투입되기 어렵고 시야가 제한될 수 있는 극한 상황이며, 드론이 수집한 공간 데이터를 촉감형 인터페이스를 통해 입체적인 정보 그대로 전달하는 것은 매우 어렵다. KAIST 연구진이 원격 제어하는 드론이 수집한 공간 데이터를 촉각 피드백을 통해 직관적으로 조종자가 이해할 수 있도록 하는 웨어러블 햅틱 기술을 개발했다.
우리 대학 기계공학과 오일권 교수 연구팀이 형상기억합금 와이어를 직교 중첩 구조의 메타구조 패턴으로 매듭지은 독립적인 직교 방향 거동이 가능한 ‘직교 방향 제어 웨어러블 햅틱(이하 WHOA)’기술을 개발했다.
햅틱(Haptic)은 시·청각을 넘어 촉각을 이용해 정보를 전달하는 기술로, 스마트폰의 진동 알림처럼 피부로 감지할 수 있는 물리적 피드백을 제공한다.
이 기술의 핵심 소재인 형상기억합금은 특정 온도로 가열하면 변형된 상태에서 원래 형태로 돌아오는 특수 금속으로 촉각을 구현하는 작동기로 사용되었다. 연구팀은 가볍고 단순한 직교 메타구조로 3차원 공간정보를 촉각으로 재구성할 수 있는 기술을 개발해서 공간 인식 기반 햅틱 내비게이션의 새로운 영역을 개척했다.
연구팀이 개발한 이 기술은 시각 정보에 의존하지 않고도 주변 환경을 ‘느낄 수’ 있는 방식으로 재난, 화재, 극한환경에서 효과적인 모빌리티 제어를 가능하게 한다. 특히, 시각 정보가 제한되는 상황에서도 공간정보를 직접 감지할 수 있어, 기존 방식보다 안정적이고 효율적인 조작이 가능하다.
촉각 피드백은 좌, 우, 상, 하, 전진, 후진 같은 공간 이동뿐만 아니라 전방 장애물 감지 시 독특한 햅틱 패턴까지 전달하도록 설계됐다. 이 기술은 재난 구조와 긴급 구호 작업 같은 중요한 상황에서 작업 효율성과 안전성을 크게 끌어올릴 가능성을 보여준다.
이 기술은 서로 수직인 독립된 촉감 모드를 생성하며, 이를 통해 팔이나 발에 착용했을 때 사용자에게 입체 공간정보를 촉감으로 전달할 수 있다. 이는 내비게이션과 원격 조작을 보다 직관적으로 수행할 수 있도록 보조한다.
WHOA를 착용하면 가로, 세로 방향의 독립적인 촉각 모드 조합을 통해 사용자는 입체적인 공간정보 피드백을 받는다. 특히 이 기술은 신발 내부의 작은 공간에서도 동작하도록 설계되어 장시간 착용할 시 피로를 최소화하는 동시에 손이 자유로운 상태에서 직관적으로 다음 이동 방향을 파악할 수 있어 실용성이 뛰어나다.
연구팀은 WHOA를 적용한 드론 내비게이션 시스템을 가상현실(VR) 환경에서 실증했다. 화재 현장의 건물을 배경으로 한 시뮬레이션에서 WHOA를 착용한 사용자는 드론을 조종하며 위험 구역을 회피하고 구조 작업을 수행했다.
드론이 수집한 공간 데이터는 촉각 피드백으로 사용자에게 전달되며, 연기와 잔해로 시야가 제한된 환경에서도 직관적으로 상황을 파악하고 드론을 제어할 수 있도록 보조한다.
오일권 교수는 “이번 기술은 시각장애인이 촉감을 활용해 길을 안내받을 수 있는 새로운 형태의 내비게이션 기법”이며 "착용형 햅틱 인터페이스는 입체적 공간정보를 촉감으로 전달하여 재난, 화재 환경 또는 국방의 MUM-T(유무인 협력 전투체계)에서 드론이나 로봇의 원격제어에 활용될 수 있다"라고 말했다.
오세웅 박사와 마난 칸(KHAN) 석사가 공동 제1 저자로 참여한 본 연구 성과는 첨단 소재 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’에 지난 1월 8일 게재됐다.
(논문명: Wearable Haptics for Orthotropic Actuation Based on Perpendicularly Nested Auxetic SMA Knotting)
https://doi.org/10.1002/adma.202411353
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구지원 사업으로 수행됐다.
2025.01.21
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유지환 교수, IEEE 로봇·자동화 분과 아시아대표로 선임
우리 대학 건설및환경공학과 유지환 교수가 세계적인 학회인 IEEE* 로봇 및 자동화 분과(Robotics and Automation Society, RAS)에서 아시아 지역 대표로 의사결정위원회(Administrative Committee, AdCom) 위원으로 선임되었음을 3일 밝혔다.
*IEEE: 미국전기전자학회(Institute of Electrical and Electronics Engineers): 전기전자공학, 컴퓨터, 로봇공학, 통신 등 다양한 공학 분야에서 세계 최대 규모의 학회
유 교수는 이번에 아시아를 대표하는 멤버로 선임돼 2025년 1월부터 3년간 활동하게 된다. 특히, 이번 선임은 우리나라가 일본과 중국이 독점해 온 아시아 지역 대표 자리를 가져왔다는 점에서 매우 의미 있는 성과로 평가된다.
IEEE RAS 의사결정위원회는 로봇 및 자동화 분야에서 학회의 정책 결정과 전략적 방향성을 이끄는 핵심 조직으로, 매년 전 세계에서 단 6명만이 새롭게 선출되며, 전체 위원은 18인으로 구성되어 있다.
또한 유 교수는 세계적인 학회인 IEEE 석학회원(Fellow)*으로 선정되었고 2025년 1월부터는 IEEE 햅틱스 저널(Transactions on Haptics) 편집장(Editor-in-Chief, EiC)으로도 활동할 예정이다.
*IEEE 석학회원(Fellow): IEEE 회원 중 연구 성과와 공헌이 탁월한 소수의 연구자에게 수여되는 명예로운 지위로, 전 세계 회원의 최상위 0.1% 이내에 해당하는 연구자 중에서만 선정되는 IEEE의 최고 등급 회원 자격임
유지환 교수는 햅틱스 및 원격제어 분야의 세계적인 석학으로, 안정성과 시간지연 문제를 해결하며 다수의 국제 저널 논문과 특허를 통해 해당 분야에 기여해 왔다. 유 교수는 2018년부터 국제학회 ‘아시아햅틱스(AsiaHaptics)’ 총괄 의장(General Chair) 및 ‘세계 햅틱스 학회(World Haptics Conference)’ 편집장(Editor-in-Chief)을 역임한 바 있다.
유 교수는 “이번 선정을 통해 한국 및 아시아 로봇 소사이어티의 이익을 세계적으로 대변하고, 대한민국 로봇 및 자동화 기술의 위상을 국제적으로 알리며, 학문적 교류와 기술 발전에 기여하겠다”라는 포부를 밝혔다.
또한 “IEEE 석학회원으로 선정되어 큰 영광이며, 앞으로도 학문적 연구와 기술 혁신을 통해 대한민국과 세계 로봇공학 및 자동화 분야 발전에 기여하겠다”는 소감을 전했다.
한편, 유지환 교수는 KAIST에서 기계공학 석박사 학위를 취득했으며, 미국 워싱턴대학교 및 독일 항공우주연구원에서 박사후연구원을 거쳐 2019년부터 KAIST 건설및환경공학과 교수로 재직 중이다. 현재 KAIST 로봇학제전공 주임교수도 겸임하고 있다.
2025.01.03
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유지환 교수, 세계 최고 햅틱스 저널 편집장으로 우리나라 최초 선임
우리 대학 건설및환경공학과 유지환 교수가 세계적인 학술 저널인 미국전기전자학회(Institute of Electrical and Electronics Engineers, 이하 IEEE) 로봇 및 자동화 분과(Robotics and Automation Society)에서 출판하는 햅틱스(IEEE Transactions on Haptics, ToH) 저널에 편집장(Editor-in-Chief, EiC)으로 선임돼 2025년 1월부터 활동하게 되었음을 22일 밝혔다.
IEEE ToH의 편집장 선임은 우리나라에서는 최초이며, IEEE 로봇 및 자동화 분과 전체 저널 중에서도 우리나라 연구자가 편집장에 선임되는 것은 두 번째 사례로, 그만큼 세계적으로도 드문 일이다.
유지환 교수는 햅틱스 및 원격제어 분야에서 난제로 여겨졌던 안정성 확보와 시간지연 문제를 해결한 세계적인 석학이다. 유 교수는 높은 인용 수를 기록하는 다수의 논문 발표와 국제 특허를 통해 햅틱 인터페이스 및 원격 로봇 분야에 기여해 왔다.
특히 국제학회 ‘아시아햅틱스(AsiaHaptics) 2018’에서 총괄 의장(General Chair)을, ‘세계 햅틱스 학회(World Haptics Conference)에서 편집장(EiC)을 역임하며 국제적으로 햅틱스 분야의 전문가적 리더십을 인정받아 IEEE ToH의 편집장으로 선임됐다.
이에 대해 유지환 교수는 “학술지 발전을 통해 햅틱스 분야의 세계적 성장을 촉진하고, 이를 로봇 기술과 융합해 인류에 실질적으로 도움이 되는 기술을 제공하는 데 기여하고 싶다”라는 포부를 밝혔다.
한편, 햅틱스(Haptics) 분야 세계 최고 권위의 학술지인 IEEE ToH는 촉각을 통한 정보 획득 및 객체 조작과 관련된 과학, 기술, 응용을 다루는 학술지다.
이 저널은 인간과 기계가 실제, 가상, 원격, 네트워크 환경에서 상호작용하는 촉각 탐색 및 조작을 포함해 인간의 촉각 인식과 운동 제어, 촉각 기기 및 렌더링, 인간-기계 상호작용, 교육, 재활, 의료, 디자인, 훈련 등 응용 분야까지의 최신 연구 성과를 폭넓게 다루고 있다.
유지환 교수는 KAIST에서 기계공학 석박사 학위를 취득했으며, 미국 워싱턴대학교, 독일 항공우주연구원 박사후연구원을 거쳐 2019년부터 KAIST 건설 및 환경공학과 교수로 재직 중이다. 현재는 KAIST 로봇학제전공 주임교수를 겸임하고 있다.
2024.11.22
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경기욱 교수 연구팀, AsiaHaptics 2024 기술 시연 경연 1위, 2위 석권
기계공학과 경기욱 교수(휴먼-로봇 인터랙션 연구실) 연구팀이 햅틱스 분야 연구자들의 시연 경연으로만 이루어진 학술대회인 AsiaHaptics Conference 2024에서 기술 시연 경연 1위, 2위를 석권했다. 아시아 지역뿐만 아니라 전 세계 60개 팀이 참여한 이번 경연에서, 본 연구팀은 탁월한 연구 성과를 바탕으로 최고 성적을 거두며 1위와 2위를 차지하는 성과를 이루었다.
기계공학과 남종석 박사과정, 마지형 박사과정은 “Friction tunable electrostatic clutch with low driving voltage for kinesthetic haptic feedback”을 주제로 금상을 수상했다. 연구 팀은 전하 축적 특성을 가지는 전기 활성 폴리머 기반의 저전압 구동 고출력 정전기력 클러치를 설계하고, 이를 이용한 역감 제시 햅틱 글러브를 제작하여 많은 주목을 받았다. 본 기술은 기존 정전기력 클러치의 높은 구동 전압 문제를 해결할 수 있으며, 필름형 구조를 통해 얇고 가벼운 햅틱 글러브를 구현할 수 있다.
문희주 박사과정 학생은 “Soft Tactile Electromagnetic Actuator for Virtual Environment Interactions”을 주제로 은상을 수상했다. 국부 압력 및 진동 감각 등 다양한 촉감을 전달할 수 있는 기술을 시연하였으며, 이를 통해 사용자가 텍스처와 강성 등 여러 물체의 특성을 실감 나게 체험할 수 있는 방안을 제시했다.
본 연구 성과들은 가볍고 편리하게 착용 가능한 모듈형 초소형 경량 액추에이터로서 VR 및 XR 등 차세대 몰입형 환경에 적용되어 사용자에게 다차원 초실감 촉각 경험을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
2024.11.05
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경기욱 교수 연구팀, 3차원으로 변하는 모핑 구동기 개발
우리 대학 기계공학과 경기욱 교수 연구팀이 다양한 3차원 형상으로 빠르게 변화하는 모핑 구동기를 개발했다.
현대 기술은 2차원 화면을 넘어 3차원 형상을 통해 정보를 전달하는 새로운 방식을 탐구하고 있다. 그러나 3차원 형상을 빠르게 표현하고 재구성하는 것은 도전적인 과제이다. 이에 대한 해답으로, 최근 연구팀은 전기 활성 고분자의 일종인 PVC 젤, 유전성 유체, 패턴화된 전극으로 구성된 새로운 모핑 구동기를 선보였다.
연구팀의 모핑 구동기는 전기유압식 구동(electrohydraulic actuation) 원리를 이용한다. 전극과 PVC 젤 복합체 사이에 전기장을 가하면 PVC 젤 복합체가 전극에 달라붙는 정전기적 지핑(electrostatic zipping)이 발생한다. 정전기적 지핑을 국부적으로 제어함으로써 유체의 흐름을 제어할 수 있으며, 이를 통해 다양한 형상을 표현할 수 있다.
연구팀이 개발한 모핑 구동기는 1.5 mm의 얇은 두께와, 7 g의 가벼운 무게를 가지면서도 최대 2.5 mm의 수직 변위와 2.0 N의 힘을 출력할 수 있으며, 약 0.045 초 만에 형상을 표현할 수 있다. 또한 기존의 모핑 구동기가 제공할 수 없었던 풍부한 햅틱 피드백을 제공하며, 모양 변화 특성을 활용하여 표면에서 고속으로 물체를 이동시킬 수 있다.
해당 연구는 모핑 구동기의 개발을 통해 사람과 기술이 상호작용하는 새로운 방식을 제안하였으며, 이는 차세대 디스플레이 및 로보틱 인터페이스 등 다양한 방식으로 활용될 것으로 기대된다.
장승연 박사과정 학생이 제1 저자로 참여하고 ETRI와 공동으로 진행한 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’Vol.10(39)에 게재 및 Headline article로 소개되었다. (논문명: Dynamically reconfigurable shape-morphing and tactile display via hydraulically coupled mergeable and splittable PVC gel actuator)
또한 본 연구는 지난 8월 한국햅틱스학술대회에서 최우수논문상을 수상했다. 한편 본 연구는 국가과학기술연구회(CRC23021-000), 삼성미래기술육성재단(SRFC-IT2102-04), 한국전자통신연구원(24YB1700)의 지원으로 수행됐다.
2024.09.30
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가수 지드래곤 KAIST 교수 되다
우리 대학이 가수 지드래곤(본명 권지용) 씨를 기계공학과 초빙교수에 임명했다. 임명장 수여는 5일 오전스포츠컴플렉스에서 개최된 ‘이노베이트 코리아 2024’ 행사에서 진행됐다. 이번 임용은 우리 대학의 최신 과학기술을 K-콘텐츠와 문화산업에 접목해 한국 문화의 글로벌 경쟁력을 확대하고자 추진됐다.
권 씨의 소속사인 갤럭시코퍼레이션 관계자는 "이번 임용은 '엔터테크*' 연구개발을 통한 시장 혁신과 K-컬처의 글로벌 확산과 성장에 기여할 것으로 기대된다"라고 밝혔다.* 엔터테크: 엔터테인먼트(entertainment)와 테크놀로지(technology)의 합성어로, 엔터테인먼트의 핵심 가치인 지식재산권(IP) 및 콘텐츠에 ICT를 결합하여 새로운 부가가치를 창출하는 산업권지용 초빙교수는 학부생 및 대학원생을 대상으로 하는 리더십 특강으로 강단에 설 예정이다. 세계적인 아티스트로서의 경험과 삶을 공유해 우리 대학 구성원들이 세계를 바라보는 비전과 통찰, 각자의 영역을 개척하는 도전과 영감을 제공한다는 취지다. 또한, 문화행사를 개최해 구성원과 소통하는 한편, 창의적이고 융합적인 인재로 성장하는 데 필요한 예술적 경험을 제공할 예정이다.
우리 대학의 다양한 기술을 예술과 문화콘텐츠에 접목하는 공동연구도 추진한다. 'KAIST-갤럭시코퍼레이션 엔터테크연구센터(가칭)'를 기계공학과 내에 설립하고 ▴지드래곤 본인을 시작으로 한류 아티스트를 대상으로 한 디지털트윈(Digital Twin) 기술 연구 ▴K-컬처와 인공지능·로봇·메타버스 등의 과학기술 융합 연구 ▴볼류메트릭·모션캡쳐·햅틱 등 최신기술을 활용한 차별화된 아티스트 아바타 개발 등의 연구를 진행한다. 갤럭시코퍼레이션은 '넷플릭스 글로벌 TOP 10 비영어 TV쇼' 부문 1위를 달성하는 쾌거를 이룬 '피지컬:100 시즌2'를 비롯해 '스트릿 우먼 파이터', '1박 2일', '뭉쳐야 찬다', '미스터트롯2'와 같은 화제성 높은 방송콘텐츠를 제작하고 있으며, 작년 12월 지드래곤을 영입하며 방송부터 음악에 이르는 엔터테인먼트 전반으로 IP를 확장했다. 메타버스, 아바타, 인공지능(AI) 등 최신 디지털 기술에 IP(지식재산권)를 결합하여 새로운 콘텐츠 시장을 개척 중인 '엔터테크' 기업으로, 이 같은 성과를 기반해 최근 글로벌 투자은행(IB)과의 글로벌 투자를 통해, 엔터테크 스타트업으로서는 처음으로 유니콘(기업가치 1조원)을 앞두고 있다.
권지용 교수는 "수많은 과학 천재들이 배출되는 KAIST의 초빙교수가 되어 영광이다"라며 "최고의 과학기술 전문가들과 저의 엔터테인먼트 전문 영역이 만나서 큰 시너지, 즉 '빅뱅'이 일어나길 기대한다"라고 소감을 밝혔다.
이어 "음악 분야에도 인공지능으로 작업하는 분들이 많이 늘고 있고, 이러한 첨단 기술이 보다 더 다양한 형태의 창작 작업을 가능하게 한다"라며 "갤럭시코퍼레이션과 KAIST가 함께 개발한 인공지능 아바타를 통해, 자주 만나지 못하는 전 세계 팬들과 더 가깝게 소통하고 싶다"라고 구체적인 바람을 전했다.
이광형 총장은 "KAIST가 개교 이후 늘 새로운 것을 탐구하고 미지의 영역을 개척해 온 대학이라는 점을 고려하면, 권 교수 역시 문화예술계에서 세계적인 성취를 이룬 선도자이자 개척자라는 점에서 KAIST의 DNA를 공유한다고 생각한다"라고 설명했다.
이어, 이 총장은 "권 교수의 활동을 통해 KAIST의 과학기술이 K-컬처의 글로벌 무대 확산과 성장에 기여하는 것은 물론 세계의 트렌드를 선도한 권지용 교수의 경험과 정신을 공유하는 것이 초일류 대학을 지향하는 KAIST 구성원에게도 큰 자산이 될 것"이라고 기대감을 밝혔다.
권지용 교수의 임용 기간은 이달 4일부터 2026년 6월까지 2년이다. 또한, 권지용 교수는 KAIST 글로벌 앰버서더로도 임명되어 KAIST의 해외 홍보 강화에도 일조할 계획이다.지드래곤으로 활동해온 권지용 교수는 2006년 데뷔해 세계적인 인기를 끈 아이돌 그룹 '빅뱅'의 멤버이자 리더로, 18년간 한국 대중문화를 상징하는 아이콘으로 자리잡았다. 작사, 작곡과 프로듀싱부터 공연까지 음악활동 전반에서 최고의 실력을 인정받는 한편, 2016년에는 아시아 남성 최초로 패션 브랜드 샤넬의 글로벌 엠버서더로 선정되는 등 패션 분야에서도 폭넓은 활약을 펼쳐 한국의 음악과 패션을 세계에 알렸다고 평가받는다. 국내 최초로 2017년 6월, 솔로 앨범 3집 '권지용'을 기존의 CD 형태가 아닌 USB로 앨범을 발매하기도 했으며, 올해 1월 미국 라스베이거스에서 열린 세계 최대 가전·IT 전시회 CES에 참석하는 등 '테크테이너'로서 행보를 넓혀가고 있다.
2024.06.05
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기계공학과 이두용 교수 공저 ‘Control Design for Haptic Systems’ 출간
한국전자통신연구원 김수용 연구원(2022년 KAIST 기계공학과 박사)과 우리 대학 기계공학과 이두용 교수가 공저한 도서, Control Design for Haptic Systems (부제: Enhancing the Stability and Rendering Performance) 가 Springer에서 출판됐다.
이 책은 학사과정 3~4학년 및 대학원 과정 학생과 현업에 종사하는 엔지니어를 위한 교재로서 햅틱시스템의 구성, 주요 제어기술, 그리고 안정성과 성능을 향상시키기 위한 새로운 방법 등을 실험 사례와 함께 소개한다.
햅틱시스템이 적용되고 있는 가상현실 시뮬레이션, 메타버스(metaverse) 응용, 원격조작 로봇시스템 등 넓은 분야의 현업에서 적용할 수 있는 체계적인 방법을 이 책을 통해 배울 수 있다.
책 링크 : Control Design for Haptic Systems: Enhancing the Stability and Rendering Performance | SpringerLink
2024.02.20
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스파이더맨 슈트처럼 내 몸에 착 맞춰지는 옷감형 웨어러블 햅틱 개발
우리 대학 기계공학과 오일권 교수 연구팀이 형상기억합금 와이어를 오그제틱(auxetic) 메타구조로 매듭지어 형상 적응이 가능한 옷감 형태의 착용형 '햅틱(haptic) 인터페이스'를 개발했다고 28일 밝혔다.
착용형 햅틱 인터페이스 기술은 시·청각 기반의 플랫폼의 한계를 벗어나, 피부 표면으로 전해지는 직관적인 촉감으로 메타버스 속 상호작용 몰입도를 높이는 역할을 한다.
하지만 일반적인 햅틱 인터페이스는 피부에 부착하거나 별도의 고정 장치를 착용하는 착용(부착)형으로, 이러한 햅틱 인터페이스는 장시간 사용 시 피부 발진의 위험과 고정 방식은 일상 움직임에서 불편함을 초래할 수 있다. 또 수십 개의 촉각 전달 소자를 장착해 촉감을 모방하는 기존의 제작 방식 역시 장치의 무게·부피 증가로 이어지는 한계를 보이고 있다.
우선 연구팀은 가볍고 편하게 착용할 수 있는 햅틱 인터페이스 개발을 위해 형상기억합금 와이어를 핵심 소재로 선택했다. 형상기억합금 와이어란 상온에서 모양이 쉽게 변형되고, 특정 온도에 도달하면 미리 기억된 형태로 되돌아가는 특징을 갖는 형상기억합금을 철사처럼 가늘고 길게 제작한 것이다. 이러한 형상기억합금 와이어를 기존의 천 제작 방식을 활용해 매듭지어 옷감처럼 제작하는 방식을 활용하였다. 특히, 연구팀은 형상기억합금 와이어를 오그제틱(auxetic) 구조로 매듭지어, 일반 구조에서는 볼 수 없는 3D 방향으로 구조 전체가 동시에 수축 및 이완하는 특성을 구현해 내었고, 이를 통해 착용자의 신체 형상에 순응하며 사이즈가 자동으로 조절되는 옷감형 액추에이터를 개발했다.
또한 연구팀은 8개의 영역을 개별 수축 제어할 수 있도록 설계해 총 아홉 가지 방향과 타이밍에 대한 정보를 사용자에게 촉감 피드백으로 전달할 수 있게 제작했다.
예로 팔목에 착용 시, 사용자는 방향 및 타이밍에 관한 정보를 촉각적으로 인지할 수 있고, 반면 팔꿈치에 착용할 때는 옷감형 액추에이터의 가변강성 기능을 활용해 팔꿈치의 굽힘각도에 따른 피드백을 제공하는 멀티모달(두 가지 이상의 피드백 형태로 정보를 전달) 햅틱 인터페이스로서 개발했다.
이처럼 옷감형 액추에이터를 팔목에 착용한 사용자가 가상현실 속 모빌리티 로봇 주변의 위치정보를 파악하고, 시각과 청각 정보가 제한될 때 장애물을 피해 로봇을 안정적으로 주행하는 실증에도 성공했다.
오일권 교수는 이번 연구성과를 통한 실용화 시 활용에 대해 "착용형 햅틱 인터페이스는 촉각 정보를 활용한 로봇, 무인기 제어와 메타버스가 접목된 의료·교육 등에도 활용할 수 있다"고 말했다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자(창의연구) 지원 사업으로 수행됐다. 연구 성과는 첨단 소재 분야 국제학술지 <어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)>에 9월 19일 게재됐고, 연구의 우수성을 인정받아 학술지 표지 논문으로 선정됐다. (논문명: Easy-To-Wear Auxetic SMA Knot-Architecture for Spatiotemporal and Multimodal Haptic Feedbacks)
2023.11.30
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움직이는 가상 물질을 입체적으로 쥘 수 있는 새로운 가상현실 컨트롤러 개발
우리 대학 산업디자인학과 안드리아 비앙키(Andrea Bianchi) 교수 연구팀이 회전하는 원판을 활용한 6-자유도 햅틱 컨트롤러를 개발했다고 12일 밝혔다.
비앙키 교수 연구팀은 마이크로소프트(Microsoft Research)와 협업해 움직이는 물체의 이동 속도, 방향과 두께감을 표현하는 `SpinOchhio(스피노키오)' 컨트롤러를 개발했다. 이 컨트롤러는 한 쌍의 회전 원판과 피버팅(2차적 축 회전) 메커니즘을 활용해 가상 환경(VR Environment)에서 사용자가 엄지와 검지로 쥐고 있는 물체가 손가락 사이를 지나가는 속도, 방향과 두께의 감촉을 사실적으로 체험할 수 있게 한다.
산업디자인학과 김명진 박사과정이 제1 저자로 참여한 이번 연구는 지난 5월 4일에 `ACM CHI 2022 (2022 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems)' 국제학회에서 발표됐다. (논문명: SpinOcchio: Understanding Haptic-Visual Congruency of Skin-Slip in VR with a Dynamic Grip Controller)
기존의 가상현실(VR) 컨트롤러는 가상 물체와의 상호작용을 표현하는 방법으로 진동 피드백만을 활용해, 손에 쥔 물체의 움직이는 속도, 방향, 또는 두께감에 대한 촉감 피드백을 표현하는 데에 한계가 있었다.
손가락으로 쥐고 있는 가상 물체의 움직임과 다양한 두께감을 사실적으로 재현하기 위해서는 각 손가락에 닿는 표면의 움직임과 표면 간의 거리를 고려해야 한다. 연구팀이 개발한 `스피노키오'는 한 쌍의 피버팅 하는 회전 원판을 엄지와 검지 각 손가락 끝에 접촉하게 함으로써, 손가락 사이에 있는 물체가 다양한 방향으로 미끄러지거나 회전하는 감각을 재현한다. 또한 연구팀은 두 원판 간의 거리를 조절함으로 가상 환경에서 실시간으로 다양한 물체의 두께와 형태의 촉감을 구현했다. 엄지와 검지 각 손가락 끝에 접촉한 표면의 움직이는 방향(1), 속도(2)와 폭(3)을 개별적으로 제어하여 `스피노키오'는 총 6-자유도 햅틱 피드백을 구현한다.
연구팀은 `스피노키오'를 활용해 표면의 움직임의 방향 변화에 대한 사용자들의 인지능력을 측정했고, 가상 물체를 재현했을 때 가상현실의 시각적 피드백이 촉각 피드백 인지에 큰 영향을 끼치는 것을 실험적으로 확인했다.
`스피노키오'의 활용 예시로 연구팀은 가상 환경에서 사용자가 손가락으로 힘을 주어 물체를 집어 올리거나 잡아당기거나 꼬집어 변형시키는 상호작용과 더불어 힘을 빼고 물체를 쓰다듬거나 떨어뜨리는 등 다양한 물체와의 상호작용을 제안했다.
연구를 주도한 안드리아 비앙키 교수는 "이번에 개발한 스피노키오는 이전과 달리 사용자가 움직이는 가상의 물체를 입체적으로 손으로 쥐는 햅틱 경험을 구현한 특징이 있으며, 3D 모델링 작업과 가상 교육 환경 등에 특히 응용되어 산업적 가치를 지닌다ˮ라고 설명했다.
한편 이번 연구는 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.
2022.05.12
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전산학부 김대화 석사과정, ACM CHI 2021 학회 Honorable Mention Award 수상
우리 대학 전산학부 이기혁 교수 연구팀이 가상환경에서 안테나의 반사 손실을 이용해 사용자의 핀치 제스처를 정밀하게 감지하는 방법에 대해 연구했다고 밝혔다. (논문명: ‘AtaTouch: Robust Finger Pinch Detection for a VR Controller Using RF Return Loss’’)
이 교수 연구팀 소속 김대화 석사과정 학생이 제1저자로 참여한 이번 연구는 국제학회 ACM CHI 2021 (ACM CHI Conference on Human Factors in Computing Systems)에 게재되고 Honorable Mention Award를 수상했다. ACM CHI 학회는 Human-Computer Interaction 분야의 최고 권위 학회로, Honorable Mention Award는 전체 논문 중 상위 5％의 논문에 주어지는 상이다.
가상환경에서 컨트롤러는 정확한 손 위치 추정과 햅틱 피드백을 통한 몰입형 가상현실을 가능하게 하고, 버튼 및 조이스틱과 같은 추가 입력을 제공하기 때문에 많은 장점이 있다. 컨트롤러의 장점을 유지하면서 자연스러운 상호작용을 지원하기 위해, 최신 감지 기술들은 컨트롤러를 든 상태에서 사용자의 손가락을 트래킹하고 손 제스처를 감지한다. 손 제스처들 중 핀치 제스처(엄지손가락과 다른 손가락이 서로 맞닿아 꼬집는 듯한 손동작)는 조그마한 움직임에도 큰 햅틱 변화를 내기 때문에 가상환경에서 버튼을 누르거나, 컨트롤 막대를 조절하고, 작은 가상 물체를 정교하게 움직이게 하며, 텍스트 입력을 하는 등의 많은 상황에서 유용하게 이용된다.
하지만 기존의 감지 기술들은 두 손가락의 터치 유무를 정밀하게 구분하는데 어려움이 있다. 빈번한 터치 구분 오류는 사용자들이 실패를 보상하기 위해 손가락을 평소보다 멀리 떨어뜨리거나 두 손가락을 세게 치도록 만들고, 그에따라 사용자는 상호작용 중 피로감을 느끼게 된다.
이번 논문은 전자기적으로 결합된 손과 안테나의 임피던스 변화를 이용하기 때문에, 기존의 핀치 제스처 감지 방식의 한계를 극복하고 정밀한 손가락의 터치 감지를 가능하게 한다. 두 손가락의 터치를 구분하는 원리는 다음과 같다. 사용자의 손을 안테나에 가까이 가져가면, 각각의 인덕터 성분으로 인해 안테나와 손가락의 임피던스가 결합된다. 두 손가락이 맞닿은지 혹은 떨어졌는지 여부에 따라 손가락의 전기용량 성분이 달라지고, 그에 따라 안테나의 반사 손실이 달라진다(그림1). 안테나에서 전파가 전송될 때 매질의 임피던스의 차이로 인해 일부는 반사되고 일부는 전송되는데, 손가락의 터치 여부에 따른 임피던스 변화에 의해 반사되는 전파의 양이 달라지기 때문에 반사손실의 변화를 측정할 수 있는 것이다.
연구팀은 프로토타입 컨트롤러를 개발(그림2)하여 그의 성능을 평가했다. 12명의 피실험자를 대상으로 한 실험에서 96.4%의 터치 구분 정확도를 확인했다. 또한, 가상블록을 옮기는 실제 가상환경 시나리오에서 낮은 오류율을 보였고, 실험참가자들은 민감하고 가벼운 상호작용이 가능했다고 응답했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 정보통신기획평가원의 지원을 받아 수행됐다. (No.2020-0-00537, Development of 5G based low latency device – edge cloud interaction technology).
- 논문 관련 정보: https://daehwa.github.io/atatouch
2021.04.05
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액정화면 깨뜨리지 않고 부드럽게 터치하는 인공손가락 개발
우리 대학 연구진이 액정 같이 깨어지기 쉬운 화면을 부드럽게 터치해 다양한 작업을 할 수 있는 인공손가락을 선보였다.
기계공학과 오일권 교수 연구팀이 스마트폰이나 햅틱 반응형 디스플레이를 정교하게 터치할 수 있는 소프트 터치 액츄에이터 기술을 개발했다고 밝혔다.
연구팀은 부드럽고 얇은 박막형의 소프트 터치 *액츄에이터를 원격으로 조정, 스마트폰 화면 위에서 전자피아노 연주하기, 전자책 넘기기, 화면스크롤하기 등을 시연해냈다.
※ 액츄에이터 : 전기적 신호를 기계적 운동으로 변환하는 장치
일종의 디지털 촉각인 ‘햅틱’을 구현, 사람 또는 전자디바이스와 섬세한 피드백을 주고받는 한편 가상현실이나 증강현실을 보다 실감나게 하려는 연구가 활발하다.
주로 부드러운 인공근육 기반 소프트 액츄에이터에 대한 연구가 많이 이뤄지고 있지만, 낮은 전압에서는 반응속도가 너무 느려 터치형 액츄에이터로 활용하기에 어려움이 있었다.
인체에 나쁜 영향을 주거나 디바이스의 오작동을 유발하지 않으면서 터치 피드백을 주고받기 위해서는 저전압 구동이 전제되어야 하기 때문이다.
이에 연구팀은 저전압에서도 빠르게 반응할 수 있는 높은 효율의 소프트 액츄에이터를 위한 새로운 소재를 물색하였다.
유연성을 위해 금속을 배제한 공유결합으로 된 다공성 고리화합물(*트라이어진 고리)을 합성하고 널리 쓰이는 전도성 고분자(PE DOT-PSS)를 결합했다.
※ 트라이어진 고리(Covalent Triazine Framework, CTF) : 다공성 내인성 미세조도(PIM-1) 고분자로 이루어진 물질
실제 이 소재의 액츄에이터로 만든 인공손가락은 낮은 전압(±0.5V)으로도 빠르게 큰 변형을 만들 수 있어 부드러운 터치반응을 유도할 수 있었다.
핵심은 다공성 탄소구조체로 인해 비표면적을 극대화한 것이다. 비표적을 넓혀 표면전하량을 늘리는 한편 작동속도와 반응성도 높일 수 있었다. 실제 0.5V에서 17mm 정도 구부러지는 변형을 확인했다.
개발된 소프트 터치 액츄에이터를 배열형태로 확장하여 스마트폰 전자피아노 어플리케이션 위에서 연속적 터치를 통해서‘Happy Birthday’를 연주하였으며 전자책넘기기와 화면스크롤 기능 등을 구현했다.
과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구사업(창의연구)의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 10월 23일 게재됐다.
2020.11.05
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촉각기술 분야 국제 학회 14일부터 대전 컨벤션센터에서 열려
IEEE World Haptics Conference 2013가 대전 컨벤션센터에서 개최되고 있다.
- 전 세계 25개국 450명 전문가 "2013 IEEE 국제 햅틱스 학회" 참여해 -
사람이나 동물들은 촉각을 이용해 주위 환경을 인지하고 위험물을 피하기도 한다. 강아지가 사람의 손길에 꼬리를 흔들 듯 만지면 반응하는 로봇이나 터치 스크린 등 촉각분야 연구 전문가들이 지난 14일(일)부터 대전 컨벤션센터에 모여 오는 18일(목)까지 학회와 일반인들을 위한 기술성과 전시회를 개최한다고 KAIST(총장 강성모)는 밝혔다.
전 세계 25개국 450여명의 햅틱스(Haptics, 촉각 기술) 전문가들이 참여해 연구성과를 공유하고 상호지식을 교류하는 ‘IEEE 국제 햅틱스 학회(IEEE World Haptics Conference 2013, IEEE WHC 2013)’는 세계 주요 도시를 순회하며 격년 째 개최되고 있다. 2007년 일본 츠쿠바(Tsukuba), 2009년 미국 솔트레이크 시티(Salt Lake City), 2011년 터키 이스탄불(Istanbul)이어 올해는 대전에서 열린다.
IEEE WHC 2013(http://www.haptics2013.org)은 한국로봇학회와 국제전기전자기술자협회(IEEE) 소속 ‘로봇자동화학회(Robotics and Automation Society)’가 주관하며, KAIST, 한국전자통신연구원(ETRI), 한국표준과학연구원(KRISS), LG, 삼성, 마이크로소프트(Microsoft) 등 국내 과학 분야를 대표하는 연구기관과 기업이 참여해 미래 햅틱 기술의 연구와 발전방향에 대해 토론한다.
주요 강연자로는 토니 프리스카트(Tony Prescott) 영국 셰필드대학(University of Sheffield) 교수, 압둘모탈랩 사디크(Abdulmotaleb Saddik) 캐나다 오타와대학(University of Ottawa) 교수, 마사히코 이나미(Masahiko Inami) 일본 게이오대학(Keio University) 교수, 웨인 북(Wayne Book) 조지아공대(Georgia Institute of Technology) 교수가 참석해 사람과 동물의 촉각을 응용해 만든 로봇, 인터페이스, 멀티미디어 사례에 대해서 언급한다.
토니 프리스카트 교수는 쥐가 얼굴에 난 수염으로 사물을 인지할 수 있다는 것에 착안해 2008년 쥐를 닮은 로봇을 개발한 이래 최근에는 작은 두더지 모습을 한 로봇 쉬루봇(Shrewbot)을 탄생시킨 경험에 대해서 얘기할 예정이다. 에트루리아산 두더지인 쉬루(shrew)는 아주 작은 크기의 들쥐로 어두운 곳에서도 민감하게 반응하는 수염을 가지고 길을 찾거나 먹이 감을 사냥한다. 쉬루봇은 수염에서 느껴지는 촉각만으로 상대가 있는 방향으로 쫓아가거나 상대방의 특성이나 위치 등을 파악할 수 있다. 이 같은 로봇이 상용화 되면 화재 현장 등 재난 지역에서 인명을 구조하는데 큰 도움을 줄 수 있다.
이 밖에도 웨인 북 교수는 오늘날 우리 생활의 상당 부분이 기계나 컴퓨터에 의한 자동화에 의존하고 있는데 과연 이들 기계가 맡은 역할을 제대로 수행하고 있는지 기계나 컴퓨터로부터 피드백을 받는 것이 점점 더 중요해지고 있다며 기계와 인간 사이의 피드백 인지 기술에 대해서 강연한다.
햅틱스 분야 세계 최고 전문가들이 집결할 이번 학회에서는 역대 최대 수의 논문이 발표되고 촉각을 응용한 80개의 최신 기술이 시연된다. 11개 기업(국내 4, 해외 7)의 제품 전시와 더불어 지금까지 학술대회에서 시도되지 않았던 햅틱 기술을 응용한 아트 전시회가 개최되며, 전 세계에서 초청된 7명의 예술가가 자신들의 작품을 선보인다. 특히 17일(수, 오전 9:00-오후 5:00)에는 햅틱 아트와 햅틱 기술전시를 일반인에게 무료로 개방해 누구나 과학기술과 예술이 만나는 현장을 즐길 수 있다.
IEEE WHC 2013 조직운영위원장인 권동수 KAIST 기계공학과 교수는 “이번 대회를 성공적으로 주관함으로써 2016년 한국이 세계 최고 권위의 정보통신기술(ICT) 학회인 국제지능형로봇시스템총회(2016 International Conference on Intelligent Robots and Systems, IROS)를 개최하는데 초석이 될 것”이라며 “그동안 IEEE WHC 2013가 주로 유럽과 미국에서만 개최되어 참석이 어려웠던 국내 햅틱스 전문가들도 이번에 대거 참여하게 되면서 우리의 햅틱 기술 및 역량 발전에 크게 도움이 될 것”이라고 말했다. 끝.
※ 주요 강연자 의제발표 제목
○토니 프리스카트 교수: 쥐의 수염에서부터 인간의 손끝까지--보다 능동적으 반응하는 생체모방형 촉각기술 구현(From whiskers to fingertips--a biomimetic approach to active touch sensing)
○ 압둘모탈래브 사디크 교수: 멀티미디어 측면에서 본 촉각 기술(Haptics: A multimedia perspective)
○ 마사히코 이나미 교수: 꼭 터치해야만 하나? -- 물질적인 형태를 넘어서는 촉각 기술(Should I touch it--Haptics beyond its physicality)
○웨인 북 교수: 인간과의 상호작용이라는 관점에서 본 촉각을 통한 피드백 기술(A human in the loop: Feedback from one perspective)
※ 첨부: 행사 안내 자료
2013.04.15
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