서울공대뉴스(2019
Spring 공대상상 Vol.27)
01. 서울대 이병호 교수팀,
넓은 시야각 증강현실(AR) 안경 위한 경량 평면 렌즈 개발
서울대
이병호
교수
공동
연구팀
(왼쪽부터 전기·정보공학부
이병호
교수, 이건열 연구원,
고려대
전자및정보공학과
김휘
교수, 한국기계연구원
정준호
박사)
서울대 공대는 전기•정보공학부 이병호 교수 공동 연구팀이 기존 증강현실(AR,
Augmented Reality) 안경의 근본적인 문제점인 시야각을 대폭 향상시키는 경량 평면 나노 소자를 개발했다고 밝혔다.
증강현실은 현실 세계에 가상의 이미지를 합쳐 보여주는 기술로,
최근 구글의 구글 글라스,
마이크로소프트의
홀로렌즈를 비롯한 다양한 증강현실 안경과 머리 장착 디스플레이(Head Mounted Display, 이하 HMD)
제품이 경쟁적으로 출시되고 있다.
하지만 기존의 증강현실 안경은 광학 소자의 한계로 시야각이 좁다는 문제점을 가지며,
고광각 렌즈를 사용하더라도 무게와 부피가 크게 늘어나 실용적이지 못하다는 한계가 있다.
이에 서울대 이병호 교수,
고려대 김휘 교수,
한국기계연구원
정준호 박사의 공동 연구팀은 두께가 100nm 수준의 나노 소자인 ‘메타표면(metasurface)’을 이용해 새로운 렌즈 소자를 개발했다.
실리콘 나노 구조로 구현된 이 렌즈는 현실 이미지가 투명하게 보이는 ‘시스루 메타렌즈(see-through metalens)’로,
두께가 100nm로 얇고 가벼우며,
현미경 렌즈 급의 고성능을 갖고 있어 넓은 시야를 제공한다.
또한,
기존 연구에서는 메타렌즈를 1mm 이하 지름의 작은 크기로 밖에 만들 수 없어 실용성이 떨어졌던 반면,
이병호 교수팀은 메타렌즈를 2cm 지름의 큰 크기로 제작하는 데 성공했다.
이번 연구 결과,
이 소자를 이용하면 100° 이상의 증강현실 시야각이 구현 가능하며,
실험적으로도 90°의 시야각이 구현됨을 확인했다.
기존 증강현실 안경들의 시야각이 25° 정도인 것을 감안하면,
10배 이상의 시야 영역을 확보할 수 있어 사용자에게 훨씬 더 큰 몰입감을 줄 수 있을 것으로 기대된다.
이병호 교수는 “세계 최초로 메타표면 구조를 이용한 나노 소자개발을 통해 증강현실의 시야각 해결법을 마련했다”며,
“가상현실과 증강현실,
3차원 이미징을 포함한 차세대 디스플레이 기술 개발을 위한 세계적 경쟁에서 핵심 기술을 선점할 수 있을 것”이라고 설명했다.
02. 서울대 이태우 교수팀,
생물의 감각·운동 신경을 모사하는 신축성 인공 신경 개발
왼쪽부터
서울대
이태우
교수(교신저자), 스탠포드대
제난
바오
교수(교신저자),
서울대 이영준 박사(제1저자), 스탠포드대
오진영
박사(제1저자, 現 경희대 교수)
서울대 공대는 재료공학부 이태우 교수가 스탠포드대학 제난 바오 교수와의 공동 연구를 통하여 생물의 감각•운동 신경을 모사하는 신축성 인공 신경을 개발했다고 밝혔다.
생물체의 독특한 구조 및 기능을 모방하는 생체모사 공학은 인공지능과 로봇공학의 핵심 기술이다.
특히 인체의 감각 및 운동기관을 모사하는 전자센서와 소프트 로봇,
두뇌와 신경계를 모사하는 뉴로모픽(neuromorphic) 기술은 휴머노이드와 같은 인간 친화 지능형 로봇의 구현을 가능하게 한다.
그러나 뉴로모픽 기술은 주로 두뇌의 학습 및 기억 기능을 모방해 컴퓨터의 한계를 극복하는 데 집중되어 있어 감각·운동 신경계를 모사하는 연구는 초기 단계였다.
이에 연구팀은 빛 반응 인공 신경을 이용해 인공 근육을 제어하는 인공 감각·운동 신경을 구현했다.
이 신경은 빛 수용체를 모사하는 광센서와 생체 시냅스를 모사하는 신축성 유기 나노선 인공 시냅스,
그리고 생체 근섬유를 모사하는 고분자 액추에이터로 구성되어 있다.
인공 시냅스는 인공 빛 수용체로부터 인공 활동 전위를 받아 인공 근섬유를 자극하는데,
이때 생체 근육의 수축 원리를 모사해 활동 전위의 발화 특성에 따라서 인공 근섬유의 수축을 제어한다.
또한 빛으로 모스부호를 입력해 간단한 메시지를 전달함으로써 무선 광통신을 이용한 사람과 로봇의 새로운 의사소통 수단을 제시하기도 했다.
유기 나노선 기반의 신축성 인공 시냅스는 100% 늘어나도 원래의 전기적 성질을 유지하기 때문에 목적에 따라 화학적으로 분자구조를 제어하여 전기적·기계적 특성을 조절하기가 용이하다는 강점이 있어 차세대 생체모사 장치,
소프트 로봇, 신경 보철의 개발을 앞당길 수 있을 것으로 보인다.