차세대 3D 터치 기술 개발 … 위치·압력 동시 측정 가능
차세대 3D 터치 기술 개발 … 위치·압력 동시 측정 가능
곡면 디스플레이, 웨어러블 전자기기 등 활용 기대
  • 박정식 기자
  • admin@hkn24.com
  • 승인 2019.07.02 12:00
  • 댓글 0
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[헬스코리아뉴스 / 박정식 기자] 보다 정확하고 유연성을 갖춘 터치 장치가 개발됐다.

2일 한국연구재단에 따르면 서울대학교 고승환 교수 연구팀은 위칭와 압력 정보를 동시에 인식할 수 있는 투명하고 유연한 차세대 3D 터치 기술을 개발했다.

3D 터치는 터치스크린에 손가락으로 누르는 힘의 세기를 인식해서 동작하는 기술이다. 획기적인 기술로 기대를 모으며 스마트폰 등에 도입됐지만, 다양한 전자기기에서 활용되기에는 정확도, 투명도, 유연성이 부족했다. 기존 3D 터치 기술은 터치 패널과 압력 센서의 단순한 조합이기 때문이다.

 

3D 터치 장치 구성 . 은 나노 입자를 레이저로 소결해 미세 물결 구조 전도체를 빗 무늬로 패터닝한 하부전극과 투명한 나노와이어 전도체 상부 전극을 포개어 3D 터치 장치를 구성했다. 손가락과 같은 임의의 입력 수단으로 누를 시, 그 부분의 위치와 압력을 동시에 측정 가능하다. (사진=한국연구재단)
3D 터치 장치 구성 . 은 나노 입자를 레이저로 소결해 미세 물결 구조 전도체를 빗 무늬로 패터닝한 하부전극과 투명한 나노와이어 전도체 상부 전극을 포개어 3D 터치 장치를 구성했다. 손가락과 같은 임의의 입력 수단으로 누를 시, 그 부분의 위치와 압력을 동시에 측정 가능하다. (사진=한국연구재단)

연구팀은 위치 및 압력을 하나의 소자로 측정함으로써 기존의 기술보다 정확하고, 투명도와 유연성도 갖춘 3D 터치 장치를 개발했다.

개발된 3D 터치 센서는 은(silver) 나노 소재가 활용되었다. 투명하고 유연한 기판 위에서 제작할 수 있는 소재이므로 곡면 디스플레이, 사람의 피부와 같은 휘어지는 환경에서 센서를 사용할 수 있다.

기술의 핵심은 레이저를 통해 전극에 미세한 물결 모양을 제작하여, 위치와 압력을 동시 측정하는 점이다. 손가락으로 센서를 누를 때 전극의 독특한 표면 형상 덕분에 압력의 세기를 감지할 수 있다.

 

3D 터치 장치 구동. 제작된 장치를 손목에 올려 무선으로 압력정보가 포함된 별을 그렸다. 장치는 투명하고 유연하여 손목에 자연스럽게 부착 가능했다. 또한 높은음자리표, 스프링 등을 동일한 방법으로 표현했다. (사진=한국연구재단)
3D 터치 장치 구동. 제작된 장치를 손목에 올려 무선으로 압력정보가 포함된 별을 그렸다. 장치는 투명하고 유연하여 손목에 자연스럽게 부착 가능했다. 또한 높은음자리표, 스프링 등을 동일한 방법으로 표현했다. (사진=한국연구재단)

고승환 교수는 “이 연구는 은 나노 소재에 레이저 공정을 적용하여 기존 기법으로 만들어낼 수 없는 미세 물결 구조를 형성했다”며, “이러한 구조의 투명하고 유연한 3D 터치는 앞으로 각광받을 곡면 디스플레이, 웨어러블 전자기기의 혁신적인 입력 장치로 활용될 것으로 기대된다”고 설명했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구, 선도연구센터)의 지원으로 수행됐다. 연구 성과는 세계적으로 저명한 학술지 ‘네이쳐 커뮤니케이션스(Nature Communications)’ 6월13일자에 게재됐다.

 

[아래는 고승환 교수와의 미니 인터뷰]

■ 연구를 시작한 계기나 배경은?

2014년 애플에서 3D 터치가 포함된 스마트폰을 최초로 발표했다. 연구실 학생들도 해당 폰을 구입해 사용했지만 실질적으로 3D 터치 기능을 활용하기는 어려워 결국 있으나 마나한 기능으로 인식됐습니다. 공학도이다 보니, 어떤 방식으로 이 기능이 작동하는지 알아보게 됐는데, 힘(압력) 센서 몇 개를 패널 뒤에 배치해 터치 패널과 연동해 압력을 인식한다는 것을 깨달았고, 이러한 이유로 작동이 원활하게 되지 않았다고 판단했다. 그래서 압력, 위치센서를 따로 만들어서 합치는 법이 아니라 하나의 센서에서 두 가지 정보를 모두 측정 할 수 없을까라는 질문으로 연구를 시작하게 됐다.

■ 연구 전개 과정은?

우선 압력을 측정할 수 있는 조건에 대해 고찰했다. 조사 결과 미세 굴곡 구조를 통해서 이미 많은 연구가 진행이 돼있었다. 여기에 위치를 인식할 수 있는 기능을 추가 하려면 이러한 미세 굴곡 구조를 가지고 있는 전도체를 원하는 형태로 패터닝을 할 수 있어야 한다. 즉, 2D 평면상에서 패터닝이 가능해야하고, 수직 방향으로 미세 굴곡 구조의 전도체를 제작했어야 한다. 기존 연구실에서 투명하고 유연한 전극을 레이저 공정을 통해 개발한 경험을 바탕으로 이 문제를 선택적 레이저 소결 공정의 독특한 열적 특성을 이용하여 해결했다. 이러한 기술을 통해 성공적으로 투명, 유연한 3D 터치 장치를 개발했다.

■ 이번 성과, 무엇이 다른가?

기존의 3D 터치는 상술한 바와 같이 터치 패널과 힘 센서의 조합, 또는 압력센서를 행렬로 배치하는 방식으로 구현했다. 두 방식 모두 시스템이 복잡하고 정확한 정보 획득이 어려웠다. 이번 연구에서는 하나의 소자로, 즉 3D 정보 자체를 센싱하는 센서를 개발한 것 이다. 더불어 투명하고 유연한 성질은 현재 주목받고 있는 곡면 디스플레이, 웨어러블 전자 기기에 대응할 수 있다.

■ 실용화된다면 어떻게 활용될 수 있나? 실용화를 위한 과제는?

현재 장치는 실험실 수준에서 제작한 것이므로, 아직 제작하는 기술 측면에서 최적화 할 부분이 많이 남아있다.


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