촉각 디스플레이 개발, 정보를 시각과 촉각으로 동시에 표현
- 기술 / 문광주 기자 / 2025-10-16 14:41:18
3분 읽기
- 이 디스플레이는 밀리미터 크기의 "광촉각" 픽셀이 위치한 광기계 표면으로 구성
- 내장된 레이저 다이오드의 빛이 이 픽셀에 닿으면 픽셀이 빛을 낸다.
- 동시에 화면의 탄성 표면에서 약 1mm 정도 바깥쪽으로 튀어나온다
- 시제품에 사용된 다이오드 레이저는 광섬유와 유리 섬유를 사용하여 더욱 소형화할 수 있어 촉각 디스플레이를 산업적으로 생산할수 있다.
액정, 양자점 LED, 유기 발광 다이오드 등 어떤 소재를 사용하든 화면은 우리 일상 기술의 필수적인 부분이 되었다. 하지만 지금까지 모든 화면에는 한 가지 공통점이 있다. 바로 정보를 시각적으로만 제공한다는 것이다. 손가락으로 터치스크린을 조작할 수 있고, 휴대폰은 때때로 진동으로 피드백을 제공하지만, 우리가 화면에서 보는 것은 2차원으로 유지된다. 즉, 느끼거나 만질 수 없다.
다중 감각: 시각과 촉각을 동시에
하지만 이는 미래에 바뀔 수 있다. 캘리포니아 대학교 산타바바라 캠퍼스의 맥스 리낸더(Max Linnander)와 그의 연구팀은 시각 정보와 촉각 정보를 동시에 표시할 수 있는 디스플레이를 개발했다. 이 디스플레이는 광학 신호를 실체화한다. 연구진은 "이러한 촉각 디스플레이는 공간적 구조, 시간적 변화, 그리고 움직임을 표현하기 위해 개별적으로 제어 가능한 표면 요소, 소위 촉각 픽셀의 배열을 사용한다"고 설명했다.
이를 통해 비디오, 이미지 및 기타 시각 데이터를 완전히 새로운 방식으로 실체화하고 문자 그대로 "만질 수 있는" 형태로 만들 수 있다. 리낸더와 그의 동료들은 "이러한 디스플레이는 상호작용형 제어판, 가상 객체 또는 다중 감각 데이터 프레젠테이션에 사용될 수 있다"고 설명했다. 지금까지 이러한 촉각 픽셀을 움직이는 이미지까지 표시할 만큼 작고 빠르게 만드는 기술은 없었다.
공기 챔버, 흑연, 그리고 레이저 빛
리낸더와 그의 팀은 이제 가능한 해결책을 제시했다. "투사된 빛을 가시광선 및 촉각 패턴으로 직접 변환하는 역동적인 촉각 디스플레이를 선보인다"고 연구진은 보고했다. 이 디스플레이는 밀리미터 크기의 "광촉각" 픽셀이 위치한 광기계 표면으로 구성된다. 내장된 레이저 다이오드의 빛이 이 픽셀에 닿으면 픽셀이 빛을 내면서 동시에 화면의 탄성 표면에서 약 1mm 정도 바깥쪽으로 튀어나온다.
이는 놀라울 정도로 간단한 설계 덕분에 가능하다. 픽셀은 실리콘 함유 폴리머 폴리실록산의 격자 모양 두 층으로 이루어진 공기로 채워진 작은 공간이다. 각 공간의 중앙에는 얇은 흑연 조각이 있다. 이 흑연 조각은 광흡수체이자 발열체 역할을 한다. 흑연이 레이저 광선에 닿으면 픽셀 공간의 공기와 함께 수 밀리초 이내에 가열된다. 그 결과 공기가 팽창하고 픽셀 공간의 탄성 덮개가 바깥쪽으로 튀어나온다.
초기 테스트 통과
린앤더와 그의 팀은 자원봉사자들을 대상으로 여러 실험을 통해 이 촉각 디스플레이가 실제로 얼마나 잘 작동하는지 테스트했다. 자원봉사자들은 화면에 표시된 패턴과 움직임(예: 물체가 움직이거나 회전하는 방향)을 손가락 끝으로 화면에 대는 것만으로 느낄 수 있었다. 그 결과, 피험자들은 표시된 내용을 93~100% 정확하게 감지했다.
해상도 테스트에서는 피험자들에게 1x1cm 크기의 디스플레이 영역에서 현재 활성화된 픽셀을 감지하도록 했다. 이 경우의 평균 적중률은 78%였다. 연구진은 추가 테스트에서 픽셀 활성화 정도의 단계도 구분할 수 있었다고 보고했다. 이는 이 촉각 디스플레이가 대략적인 밝기 단계도 촉각적 인상으로 변환할 수 있음을 의미한다.
기술 확장성 향상
이 촉각 디스플레이의 프로토타입은 현재 15x15cm 면적에 1,511개의 픽셀로 구성되어 있다. "이것은 이미 유사한 기능을 가진 기존의 촉각 디스플레이보다 몇 배 더 뛰어나다"고 Linnander와 그의 팀은 기술했다. 하지만 격자형 폴리머와 흑연 층으로 만들어진 스크린의 단순한 구조 덕분에 거의 무한대로 확장할 수 있었다고 그들은 설명한다.
이러한 픽셀 활성화에는 2.5~125마이크로줄(μJ) 에너지의 약한 레이저 펄스만 필요하다. 시제품에 사용된 다이오드 레이저는 광섬유와 유리 섬유를 사용하여 더욱 소형화할 수 있어 촉각 디스플레이를 산업적으로 생산할 수 있게 된다. 연구진은 "이 기술은 디지털 데이터에 완전히 새로운 차원의 물리적 실체를 부여하는 고해상도 광 투사 구동 스크린을 구현할 수 있다"고 설명했다.
참고: Science Robotics, 2025; doi: 10.1126/scirobotics.adv1383
출처: American Association for the Advancement of Science (AAAS)
- 이 디스플레이는 밀리미터 크기의 "광촉각" 픽셀이 위치한 광기계 표면으로 구성
- 내장된 레이저 다이오드의 빛이 이 픽셀에 닿으면 픽셀이 빛을 낸다.
- 동시에 화면의 탄성 표면에서 약 1mm 정도 바깥쪽으로 튀어나온다
- 시제품에 사용된 다이오드 레이저는 광섬유와 유리 섬유를 사용하여 더욱 소형화할 수 있어 촉각 디스플레이를 산업적으로 생산할수 있다.
촉각 디스플레이로 픽셀을 실체화
새로운 화면으로 이미지 정보를 시각적으로, 그리고 촉각적으로 동시에 표현
촉각 픽셀:
미국 연구진이 정보를 시각적으로 표현하고 동시에 촉각적으로 표현하는 새로운 유형의 디스플레이를 개발했다. 활성화된 픽셀은 작은 "돌기"처럼 튀어나와 있다. 이는 탄성 디스플레이 표면 아래에 있는 작은 공기 챔버 덕분에 가능하다. 레이저 광선을 비추면 이 "픽셀 챔버" 안의 가스가 팽창하고 디스플레이 표면이 눈에 띄게 바깥쪽으로 부풀어 오른다. 가장 큰 특징은 촉각 픽셀이 일반 이미지 픽셀과 거의 같은 속도로 반응한다는 것이다.
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| ▲ 새롭게 개발된 디스플레이는 데이터를 시각적, 촉각적으로 모두 표현할 수 있다. © Yon Visell |
액정, 양자점 LED, 유기 발광 다이오드 등 어떤 소재를 사용하든 화면은 우리 일상 기술의 필수적인 부분이 되었다. 하지만 지금까지 모든 화면에는 한 가지 공통점이 있다. 바로 정보를 시각적으로만 제공한다는 것이다. 손가락으로 터치스크린을 조작할 수 있고, 휴대폰은 때때로 진동으로 피드백을 제공하지만, 우리가 화면에서 보는 것은 2차원으로 유지된다. 즉, 느끼거나 만질 수 없다.
다중 감각: 시각과 촉각을 동시에
하지만 이는 미래에 바뀔 수 있다. 캘리포니아 대학교 산타바바라 캠퍼스의 맥스 리낸더(Max Linnander)와 그의 연구팀은 시각 정보와 촉각 정보를 동시에 표시할 수 있는 디스플레이를 개발했다. 이 디스플레이는 광학 신호를 실체화한다. 연구진은 "이러한 촉각 디스플레이는 공간적 구조, 시간적 변화, 그리고 움직임을 표현하기 위해 개별적으로 제어 가능한 표면 요소, 소위 촉각 픽셀의 배열을 사용한다"고 설명했다.
이를 통해 비디오, 이미지 및 기타 시각 데이터를 완전히 새로운 방식으로 실체화하고 문자 그대로 "만질 수 있는" 형태로 만들 수 있다. 리낸더와 그의 동료들은 "이러한 디스플레이는 상호작용형 제어판, 가상 객체 또는 다중 감각 데이터 프레젠테이션에 사용될 수 있다"고 설명했다. 지금까지 이러한 촉각 픽셀을 움직이는 이미지까지 표시할 만큼 작고 빠르게 만드는 기술은 없었다.
공기 챔버, 흑연, 그리고 레이저 빛
리낸더와 그의 팀은 이제 가능한 해결책을 제시했다. "투사된 빛을 가시광선 및 촉각 패턴으로 직접 변환하는 역동적인 촉각 디스플레이를 선보인다"고 연구진은 보고했다. 이 디스플레이는 밀리미터 크기의 "광촉각" 픽셀이 위치한 광기계 표면으로 구성된다. 내장된 레이저 다이오드의 빛이 이 픽셀에 닿으면 픽셀이 빛을 내면서 동시에 화면의 탄성 표면에서 약 1mm 정도 바깥쪽으로 튀어나온다.
이는 놀라울 정도로 간단한 설계 덕분에 가능하다. 픽셀은 실리콘 함유 폴리머 폴리실록산의 격자 모양 두 층으로 이루어진 공기로 채워진 작은 공간이다. 각 공간의 중앙에는 얇은 흑연 조각이 있다. 이 흑연 조각은 광흡수체이자 발열체 역할을 한다. 흑연이 레이저 광선에 닿으면 픽셀 공간의 공기와 함께 수 밀리초 이내에 가열된다. 그 결과 공기가 팽창하고 픽셀 공간의 탄성 덮개가 바깥쪽으로 튀어나온다.
초기 테스트 통과
린앤더와 그의 팀은 자원봉사자들을 대상으로 여러 실험을 통해 이 촉각 디스플레이가 실제로 얼마나 잘 작동하는지 테스트했다. 자원봉사자들은 화면에 표시된 패턴과 움직임(예: 물체가 움직이거나 회전하는 방향)을 손가락 끝으로 화면에 대는 것만으로 느낄 수 있었다. 그 결과, 피험자들은 표시된 내용을 93~100% 정확하게 감지했다.
해상도 테스트에서는 피험자들에게 1x1cm 크기의 디스플레이 영역에서 현재 활성화된 픽셀을 감지하도록 했다. 이 경우의 평균 적중률은 78%였다. 연구진은 추가 테스트에서 픽셀 활성화 정도의 단계도 구분할 수 있었다고 보고했다. 이는 이 촉각 디스플레이가 대략적인 밝기 단계도 촉각적 인상으로 변환할 수 있음을 의미한다.
기술 확장성 향상
이 촉각 디스플레이의 프로토타입은 현재 15x15cm 면적에 1,511개의 픽셀로 구성되어 있다. "이것은 이미 유사한 기능을 가진 기존의 촉각 디스플레이보다 몇 배 더 뛰어나다"고 Linnander와 그의 팀은 기술했다. 하지만 격자형 폴리머와 흑연 층으로 만들어진 스크린의 단순한 구조 덕분에 거의 무한대로 확장할 수 있었다고 그들은 설명한다.
이러한 픽셀 활성화에는 2.5~125마이크로줄(μJ) 에너지의 약한 레이저 펄스만 필요하다. 시제품에 사용된 다이오드 레이저는 광섬유와 유리 섬유를 사용하여 더욱 소형화할 수 있어 촉각 디스플레이를 산업적으로 생산할 수 있게 된다. 연구진은 "이 기술은 디지털 데이터에 완전히 새로운 차원의 물리적 실체를 부여하는 고해상도 광 투사 구동 스크린을 구현할 수 있다"고 설명했다.
참고: Science Robotics, 2025; doi: 10.1126/scirobotics.adv1383
출처: American Association for the Advancement of Science (AAAS)
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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