[한국기술뉴스]

경희대학교 전자공학과 김대원 교수 연구팀은 VR 장치의 현실감을 증진시키기 위해 마찰 대전 소자에서 수확되는 전기적 신호로 소자에 가해진 힘을 측정할 수 있는 센서를 개발했다. 경희대학교 산학협력단을 통해 2015년 7월 14일 특허를 출원(출원번호 제1020150099649호)했다. 특허 명칭은 '분말의 움직임을 이용한 접촉 대전 발전기 및 그 제조 방법’이다. 현재 특허 등록이 완료돼 산업에서 기술을 활용할 수 있도록 기술이전을 추진할 계획이다. 

[기자]

가상현실에서 현실감을 더욱 증대시키기 위해 다양한 동작인식센서가 사용되고 있습니다. 센서를 통해 사용자의 움직임을 측정하며 기기의 현실감을 증대시킬 수 있습니다. 그러나 기존 동작인식센서는 동작에 따라 부가적으로 발생되는 힘을 측정하는 것이 어렵습니다. 스포츠 게임에서 야구 방망이를 휘두르거나 골프 스윙을 하는 등 힘을 측정해서 타격감을 줄 수 있다면 현실감을 더욱 높일 수 있습니다.

경희대학교 김대원 교수 연구팀은 마찰 대전 소자에서 수확되는 전기적 신호를 이용해 소자에 가해진 힘을 측정할 수 있는 센서를 개발했습니다.

연구팀은 직접적인 전력 수급이 어려운 무선 장치에 본 기술을 적용하기 위해 에너지 하베스팅 기술을 이용했습니다. 특히 에너지 하베스팅 기술 중 접촉 대전 현상에 기반한 분말 마찰 대전 발전기를 만들었습니다. 발전기를 만들기 위해 장치 내부에 테프론 기반의 고분자 분말을 채워 넣습니다. 장치를 흔들어 분말과 위, 아래 그리고 좌, 우에 위치한 전극 사이에서 접촉 대전 현상이 발생하게 되고 정반대의 두 전극 사이에 전위 차를 발생시켜 유도 전류를 생성합니다. 즉 모든 축에 전극을 부착하여 운동 방향에 따라 이동하는 분말의 정전기력을 이용해서 전기에너지를 수확합니다. 이렇게 수확되는 전기적 신호를 이용해 동작에서 발생하는 가속도 힘을 측정할 수 있습니다.

본 기술은 접촉 대전에 필요한 두 대전체 중 하나를 고체가 아닌 분말을 사용함으로써 장치의 내구력을 증가시킬 수 있습니다. 또한 분말의 움직임이 자유롭기 때문에 모든 방향에서 운동 에너지를 수확할 수 있다는 장점이 있습니다.

특히 본 기술은 경희대학교 산학협력단의 지원으로 가속도 힘을 측정하는 VR 컨트롤러가 시제품으로 구현되었습니다.

시제품은 정육면체 형태의 아크릴 틀이 있고 그 안에 테프론 분말이 들어있으며 아크릴 틀 바깥의 여섯 개의 면에는 각각 알루미늄으로 전극이 위치해 있습니다. 각 전극으로부터 나온 전기적 출력은 아두이노의 여섯 개의 채널과 전선을 통해 연결되어 세 방향의 움직임을 모두 감지할 수 있습니다. 3D 프린팅을 통해 출력된 컨트롤러에 제작한 소자를 삽입하면 전원 없이 힘을 감지할 수 있는 센서를 구현할 수 있습니다.

개발된 기술을 활용해 VR 컨트롤러를 제작한다면 관성력에 따른 컨트롤을 세밀하게 구현할 수 있어 더 현실감 있는 가상현실을 즐길 수 있습니다. 코로나로 인해 비대면 문화의 확산으로 시공간의 제약이 없는 VR의 활용도가 커지고 있으며 현실감 있는 센서 및 컨트롤러의 개발을 통해 VR 생태계 확장은 더욱더 빨라질 것으로 기대됩니다.