UV로 형상기억합금 시트 3차원화 성공…사람 피부 구현 "한걸음 더"

[지디넷코리아]형상기억합금(SMA) 액추에이터를 구동하기 위해선 통상 전류를 흘려 보낸다.

빛으로 제어하는 방법도 있다.

UV(자외선)을 광열변환 과정을 거쳐 금속 시트를 원하는대로 변형할 수 있다.

그러나 이에는 빛의 열변환 효율이나 빛의 깊이, 정밀한 제어, 주변 환경 등 여러 걸림돌이 있다.KAIST 오일권 기계공학과 교수 연구팀이 이 같은 문제를 해결하고, 전선없이 빛만으로 SMA 메타모핑 구조를 만들어 내는데 성공했다.

메타모핑은 외부 자극에 따라 미리 설계한 형태로 변형되는 것을 말한다.연구팀은 UV 레이저 미세가공 기술을 이용해 키리가미 절개 패턴을 만드는 방식으로 니켈-티타늄 형상기억합금 시트를 개발했다.

키리가미는 종이접기의 일종으로, 평판 재료를 절개를 통해 원하는 3차원화하는 구조 설계 기술이다.특히, 레이저 유도 산화를 통해 외부 코팅없이 근적외선 흡수율을 기존대비 1.85배 향상시켰다.

또 힌지 폭과 슬릿 폭 등 구조 파라미터를 체계적으로 조절하는 방법으로 변형 높이와 차단력 사이의 트레이드오프를 원하는대로 설계하는데도 성공했다.연구팀은 레이저 산화 정도를 위치별로 다르게 패터닝, 동일한 빛을 균일하게 비추더라도 각 영역이 서로 다른 속도로 순차 변형되는 시공간적 구동 제어 가능성도 확인했다.논문 제1저자인 김현수 기계공학과 석사과정 연구생은 전화통화에서 "UV 레졸루션은 25마이크로미터 수준"이라며 " 이 광열 SMA 메타구조를 다채널 근적외선 LED 배열과 결합, K→A→I→S→T 문자 패턴을 순차 표시하고 방향 안내 내비게이션 촉각 신호를 구현하는 3차원 형상 디스플레이 및 햅틱 인터페이스로 확장했다"고 설명했다.김현수 연구생은 기존 연구와의 차이점에 대해 "하나의 UV 레이저 공정으로 기계적 구조와 광학적 표면 특성을 동시에 설계했다는 점"이라고 덧붙였다.오일권 교수는 "현재의 웨어러블 촉각 인터페이스는 주로 진동 모터나 단순 압력 자극에 의존한다.

그러나 사람 피부는 진동뿐 아니라 국부적인 돌출, 누름, 방향성, 공간 패턴과 같은 다양한 촉각 정보를 감지할 수 있다"며 "이 기술은 얇은 금속 시트를 다채널 3차원 촉각 픽셀로 바꿔, 표면 자체가 정보를 전달하는 새로운 방식의 햅틱 인터페이스 가능성을 보여준다"고 말했다.오 교수는 또 "촉각 정보를 단순히 전기 신호로만 제어하는 것이 아니라, 재료와 구조 안에 미리 프로그래밍할 수 있다"며 "향후 스마트워치나 AR·VR 장갑, 로봇 원격조작 인터페이스, 점자·방향 안내 디스플레이 등에서 표면이 실제로 솟아오르며 정보를 전달하는 차세대 촉각 디스플레이로 활용될 수 있고, 더 나아가면 빛으로 제어되는 소프트 로봇 피부, 지능형 모핑 인터페이스의 핵심 플랫폼으로 확장 가능할 것"으로 내다봤다. ...