성균관대 방창현 교수팀, 잔잔한 물결의 촉감까지 전달하는 피부부착형 진동 햅틱 패치 소자 개발

성균관대학교는 화학공학과 방창현 교수 연구팀이 메타버스 환경에서 거친 자갈부터 잔잔한 물결까지 섬세한 촉각을 전달할 수 있는 고성능 피부부착형 진동 햅틱 패치 소자를 개발했다고 8일 밝혔다.

이 소자는 부드러운 촉감과 뛰어난 신축성을 갖췄으며 땀과 열 배출이 가능해 장시간 사용에도 안정적인 착용과 진동 전달이 가능한 차세대 웨어러블(착용형) 기술이다.

기존 웨어러블 햅틱 장치는 딱딱하거나 유연성이 떨어지는 소재여서 피부 밀착과 정밀한 촉감 전달에 한계가 있었다. 신체의 다양한 움직임에 따른 굴곡이나 신축성에 적응하지 못하거나 장시간 착용 시 발생하는 땀과 열로 말미암아 사용성에 제약이 있었다.

연구팀은 이를 극복하기 위해 스펀지처럼 미세스프링 구조에 완충젤을 채운 전기활성층(전기를 가했을 때 형태나 물리적 성질이 변하는 물질로 구성된 층)을 설계하고, 신축성 전극을 견고하게 결합해 높은 신축성의 진동 소자를 개발했다. 개발된 소자는 최대 500%의 변형률에서도 안정적인 성능을 보였다. 스마트폰 수준(약 2.0g)의 진동을 출력하면서도 손바닥이나 손가락처럼 움직임이 많고 복잡한 부위에 안정적으로 부착된다.

또한 개구리 발바닥에서 착안한 구조를 통해 땀과 체열을 자연스럽게 배출할 수 있게 해 고온다습한 환경에서도 우수한 성능을 유지했다.

연구팀은 머신러닝(기계학습) 기반의 정량적 분석을 통해 실제 피부에서 고정밀 진동 전달 효과를 입증했다. 헬스케어, 재활 치료, 메타버스 인터페이스 등 다양한 분야에서 응용 가능할 것으로 기대된다.

방 교수는 "이번 연구는 기존 웨어러블 햅틱 기술의 구조적·기능적 한계를 극복한 혁신 사례로, 향후 다양한 산업과 의료 영역에서 활용될 것으로 기대한다"며 "차세대 촉각 인터페이스 기술의 핵심 플랫폼으로 자리 잡을 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구는 건국대 기계공학과 양태헌 교수, 한양대 에리카 수리데이터사이언스학과 조광현 교수 연구팀과 공동으로 진행했다.

연구 논문은 소재 융합 연구 분야의 국제 학술지 '첨단 소재(Advanced Materials)'에 지난달 25일 실렸다. 성균관대 화학공학과 손지훈, 황귀원 연구원이 주저자로 참여했다.