마스크 없는 센서 패터닝·초해상도 신호 복원 AI 기술
눈짓만으로 로봇을 움직일 수 있는 스마트 콘택트렌즈가 울산과학기술원 연구팀에 의해 개발됐다. 렌즈를 낀 채 안구를 굴리면, 로봇 팔이 안구 방향을 따라 움직인다. 무겁고 복잡한 기존 확장현실(XR) 기기를 대신할 차세대 인간-기계 인터페이스 기술로 주목받고 있다.
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| ▲ 왼쪽부터 정임두 교수, 공병훈·김도현 연구원 [울산과학기술원 제공] |
UNIST는 기계공학과 정임두 교수 연구팀이 센서를 렌즈에 직접 인쇄하는 특수 기술과 센서의 저해상도 신호를 고해상도로 복원하는 AI 기술을 결합해, 로봇 팔을 원격 제어할 수 있는 스마트 콘택트렌즈를 개발했다고 15일 밝혔다.
이 렌즈 위에는 100개(10x10)의 빛 검출 센서가 집적돼 있는데, 눈을 움직일 때마다 달라지는 빛 분포를 이 센서가 읽어내 시선 방향을 추적하는 원리로 작동한다. 위·아래·좌·우는 물론 대각선 방향까지 구분할 수 있으며, 이 시선 정보가 로봇 팔로 전달돼 팔이 움직인다. 안구의 깜박임으로 물건을 집을 수도 있다.
연구진은 둥근 렌즈 표면에 센서를 직접 프린팅할 수 있도록 '메니스커스 픽셀 프린팅(MPP)' 기술을 개발해 적용했다. 노즐 끝에 맺힌 센서 원료 잉크를 렌즈 표면에 콕콕 찍어내는 형태의 기술이다. 메니스커스는 액체의 볼록하거나 오목한 곡면을 말하는데, 이 곡면 덕분에 잉크가 배출되는 힘과 잉크 퍼짐을 막는 힘이 균형을 이뤄 잉크를 원하는 양만큼 찍어낼 수 있다. 잉크를 건조하면 빛을 감지하는 페로브스카이트 물질만 남아 센서 역할을 하게 된다.
일반 센서 제작과 달리 센서 패턴을 새기기 위한 마스크가 필요 없고 다양한 안구 곡률에 맞춰 센서를 인쇄할 수 있어 개별 맞춤형 렌즈를 만들 수 있는 장점이 있다. 렌즈라는 작은 공간 탓에 신호 해상도가 떨어지는 문제는 인공지능 기술을 결합해 해결했다.
안구 모형을 이용한 실험에서, 눈동자 움직임만으로 물체를 집어 옮기는 동작까지 이뤄졌으며, 방향 인식 정확도는 99.3% 수준을 기록했다.
이번 연구는 UNIST 기계공학과 공병훈·김도현 연구원이 제1저자로 참여했다. 연구팀은 "하드웨어적 공정 혁신과 AI 기반 신호 복원 소프트웨어 기술을 결합해 렌즈라는 초소형 폼팩터의 공간적 제약을 극복한 기술"이라고 설명했다.
연구를 총괄한 정임두 교수는 "별도의 컨트롤러 없이 인간의 시각 정보를 로봇 제어 신호로 직접 변환하는 고도화된 인간-기계 상호작용(HRI) 시스템 구현이 가능함을 증명했다"며 "차세대 초경량 XR 인터페이스 장치로서 눈의 움직임만으로 다양한 전자 기기를 정밀하게 제어할 수 있다는 점에서, 다양한 분야로 확장될 수 있는 잠재력을 지닌다"고 강조했다.
연구 결과는 재료 과학 분야 세계적 학술지 (Impact Factor: 19.0, JCR 상위 5%이내)인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈'(Advanced Functional Materials)에 3월 11일 게재됐다. 최신 호 전면 표지 논문으로 선정돼 출판될 예정이다.
연구 수행은 과학기술정보통신부 한국연구재단과 정보통신기획평가원 및 산업통상자원부의 기술개발사업 지원으로 이뤄졌다.
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| ▲ 눈동자의 움직임으로 로봇을 제어하는 콘택트렌즈 개념도. [울산과기원 제공] |
KPI뉴스 / 최재호 기자 choijh1992@kpinews.kr
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