콘택트렌즈를 스마트하게 만드는 기술이 국내에서 개발됐다. 이 콘택트렌즈를 끼면 눈동자 움직임으로 로봇이나 드론을 원격으로 조정할 수 있다.
울산과학기술원(UNIST) 기계공학과 정임두 교수 연구팀은 콘택트렌즈에 센서를 인쇄하는 특수기술과 센서를 통해 입수된 저해상도 정보를 고해상도로 전환하는 인공지능(AI) 기술을 개발하고 이를 결합한 '스마트 콘택트렌즈 시스템'을 구축했다고 15일 밝혔다.
증강현실(XR)은 복잡한 명령어 없이 간단한 동작으로 다양한 기기를 조종할 수 있다는 점에서 차세대 인터페이스로 주목받고 있지만 무겁고 번거로운 헤드셋을 사용해야 한다는 점 때문에 대중성에 제약이 있었다. 특히 오래 사용하면 피로감이 컸다. 이에 눈으로 명령을 내릴 수 있는 '스마트 콘택트렌즈' 방식이 제안되고 있었지만 렌즈와 같은 곡면에 미세한 센서를 부착하는 것 자체가 쉽지 않았다.
이에 연구진은 둥근 표면에 센서를 직접 프린팅할 수 있도록 '메니스커스 픽셀 프린팅(MPP)' 기술을 개발했다. 이 기술은 센서 역할을 하는 원료가 담긴 잉크를 렌즈 표면에 콕콕 찍어내는 방식이다. 잉크가 마르면 빛을 감지하는 물질만 남아 센서 역할을 하게 된다. 연구진은 이를 통해 최대 100개의 빛 검출 센서를 집적하는데 성공했다.
이 센서는 눈을 움직일 때마다 달라지는 빛 분포를 읽어내 시선 방향을 추적한다. 눈을 깜빡이는 것부터 상하좌우는 물론 대각선 방향까지 감지할 수 있다. 정임두 교수는 "일반 센서 제작과 달리 센서 패턴을 새기기 위한 마스크(틀)가 필요없고, 다양한 형태의 렌즈에 맞춰 센서를 인쇄할 수 있어 개별 맞춤형 렌즈를 만들 수 있다는 것이 장점"이라고 설명했다.
다만 렌즈 특성상 센서의 양이 한정돼 신호의 해상도가 떨어질 수 있다. 이에 연구진은 AI를 활용해 100개 센서가 보낸 신호를 최대 6400개의 센서가 있는 것과 같은 수준의 신호 데이터로 변환해주는 딥러닝 기반 '초해상도' 기술도 함께 개발했다. 재구성에 필요한 시간은 0.03초로 짧아, 실시간에 가깝게 신호가 전달된다.
연구진은 안구 모형에 스마트 콘택트렌즈를 입히고 실험을 진행한 결과, 눈동자 움직임만으로 로봇 팔을 조종해 직접 물체를 집어서 옮기는 데 성공했다. 눈동자를 왼쪽으로 움직이면 로봇팔도 따라 왼쪽으로 움직이고, 눈을 깜빡이면 물건을 잡는다. 이때 인식 정확도는 99.3% 수준을 기록했다.
정 교수는 "별도 컨트롤러 없이 인간의 시각 정보를 로봇 제어 신호로 직접 변환하는 고도화된 인간-기계 상호작용(HRI) 시스템 구현이 가능함을 증명했다"고 말했다. 이어 "차세대 초경량 증강현식(XR) 인터페이스 장치로서 눈짓만으로 다양한 전자 기기를 제어할 수 있다는 점에서 산업용 로봇 원격 제어, 탐사 로봇 운용, 드론 조종 등 다양한 분야로 확장할 수 있다"고 평가했다.
이 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 마테리얼즈(Advanced Functional Materials)' 3월 11일자에 게재됐다.
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