여러 손가락의 힘을 동시에 인식하는 투명 3D 촉각센서 개발

KRISS, 스마트폰, 태블릿 PC의 새로운 입력장치 시대 이끌어

한국표준과학연구원(KRISS) 질량힘센터 김종호 박사팀이 두 곳 이상의 지점에서 3D 터치를 동시에 인식할 수 있는 플렉시블 투명 촉각센서(이하 멀티 3D 터치센서)를 개발했다. 이 기술은 현재 애플에서도 개발되지 않은 멀티 힘 터치센서로 향후 3D 터치 시장에 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다.

기존 3D 터치의 단점
애플의 최고디자인책임자 조너선 아이브는 작년 ‘3D 터치’를 시장에 공개하면서 "수많은 앱과 사진 속에서 원하는 것을 찾기 힘들다. 이런 과정을 간소화하기 위해 3D 터치를 개발했다."는 말을 했다. 조너선 아이브의 말처럼, 기존의 2차원적인 터치를 넘어 세로로 누르는 힘을 인식하는 3D 터치는 입력 기능을 단순화하여 직관성을 강조하였다. 직관성은 소비자가 구매를 결정하는데 영향을 미치는 중요한 요소다. 특히 디스플레이 기기는 직관성이 더욱 강조된다. 하지만 현재까지 애플의 3D 터치는 단일 지점에서의 힘은 인식해도 두 곳 이상의 지점에서 누르는 힘(멀티힘)을 인식할 수 없었다.

새로운 기술의 특징
KRISS 연구팀은 상, 하판 투명 전극 패턴 제작과 두 전극 사이에 강성이 작은 투명한 유전체를 사용하여 촉각센서를 제작하였으며, 센서를 누름에 따라 전극 사이에 발생하는 정전용량변화를 통해 터치세기를 측정하는 방식을 사용하였다. 힘 인식 범위는 50g ~ 1000g이며, 손과 전용 터치펜 뿐만이 아니라 다양한 물체의 터치도 인식할 수 있다.
애플은 LCD 내부 에어갭(air gap)을 이용하여 3D 터치를 실현시키기 때문에 여러 모양의 디스플레이에 즉각적 적용이 어렵다. 하지만 멀티 3D 터치센서는 유연성과 생산성이 가장 큰 특징이다. 가시광선 영역에서 87% 투과도를 가지는 투명한 촉각센서를 기반으로 디스플레이 위에 직접 부착이 가능하며, 두께 0.5㎜이내로 유연성을 가지고 있다. 따라서 현재 시판중인 다양한 모양의 모바일 기기에도 바로 적용이 가능하며 차세대 플렉시블 디스플레이 장치에도 적용하기 쉽다.
또한 제작공정이 기존 터치패널 제조방법과 유사하여 업체에서 추가 장비구축을 하지 않고 생산이 가능하다. 기존 터치패널 구조와 융합할 경우 위치분해능 1.5㎜ 이내인 터치인식과 멀티 힘을 동시에 인식하는 멀티 3D 터치센서 구현이 가능하다.

멀티터치 기술의 활용과 전망
시장조사업체 카운터포인트 리서치에 따르면 3D터치를 적용한 스마트폰은 ’16년 19%, ’17년에는 28%까지 증가할 것으로 예상, 해당 부품 공급자들은 약 60억 달러의 매출을 올릴 것으로 분석하였다. 
김종호 박사는 “멀티 3D 터치 기술은 스마트폰 게임 및 앱, 보안(도어락) 등의 다양한 콘텐츠와 결합을 통해 사용자에게 편의성, 현실감, 몰입감을 제공할 수 있는 차세대 입력장치가 될 것으로 전망된다.”고 밝혔다. 
예를 들어 이번 기술을 피아노 앱에 적용한다면 동시에 여러 손가락의 힘을 반영하여 훨씬 현실감 있는 연주가 가능하다. 또한 도어락의 경우 번호 터치 형식이 아닌 터치패드를 누르는 힘의 차이로 비밀번호를 만들어서 보안성을 강화할 수 있다.   
박연규 기반표준본부장은 “이번 기술은 상용화를 통해 스마트폰이나 태블릿 PC 등의 멀티힘을 이용한 새로운 입력장치가 될 수 있다. 또한 웨어러블 기기, 스마트 홈, 지능로봇 등의 확대 적용을 통해 현재 성장이 둔화되고 있는 터치 산업을 활성화 시킬 수 있을 것으로 기대된다.”고 말했다.

자료제공 | 한국표준과학연구원(www.kriss.re.kr)

해외과학 기술 동향
디지털 보조 시스템을 통한 향상된 퀄리티 제어

기계나 자동차 같은 정밀한 제조가 필요한 산업에 있어서 작은 부품 하나의 품질이 제품 전체의 가치를 결정하는 중요한 요소가 될 수도 있다. 회사 내 개인들이 그들의 지식을 공유할 경우 부품 제조 과정에 발생할 수 있는 작은 문제들을 조기에 검출하여 회사를 큰 손해로부터 구할 수도 있다.
독일의 산업 도시인 잘쯔기터(Salzgitter)의 폭스바겐(VW) 공장에서 연마되는 자동차의 크랭크실(crankcase)이 이런 경우에 속한다.
이 회사의 제조 품질 향상을 돕기 위해 막데부르그(Magdeburg)에 위치한 프라운호퍼 연구소의 공장 자동화 연구팀(Fraunhofer Institute for Factory Operation and Automation IFF)은 한 사람의 전문가에게 맡겨져 있었던 품질 관리 방식을 디지털화 하여 회사의 인력들이 기계에 대한 자신들의 지식을 공유할 수 있는 시스템을 구축하고 누구나 해당 시스템을 통해 크랭크실 연마기의 오류를 검사하고 수정할 수 있도록 했다.
디지털화 된 이 시스템에는 전문가들의 노하우(know-how)가 축적되어 있고 쉬운 유저 인터페이스(User interface)를 사용하여 누구나 순서를 따라가며 품질 체크를 실행할 수 있게 하였다.
회사측은 디지털화 된 품질 관리 시스템을 통하여 모든 직원이 제품의 품질을 분석하고 관리하는데 참여할 수 있기를 바라고 있으며 이를 통해 제품의 오류를 줄여 제품 리젝트나 리콜이 발생하는 경우가 줄어들기를 바라고 있다. 프라운호퍼는 이 시스템을 프로토타입의 형태로 개발한 상태이며 크랭크 실 연마를 넘어서 여러 시스템으로 확장할 예정이다. 

자료제공 | 한국과학기술정보연구원 (www.kisti.re.kr)