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연구성과 사례
占쏙옙占쏙옙占쏙옙 전기차, ESS용 바이폴라 구조 전고체전지 개발 |
占쏙옙占쏙옙占� 생기원이라 가능한 기술 융합의 결실, 카멜레온형 서페이스 입체 디스플레이 |
占쏙옙占쏙옙占쏙옙 천연 가죽의 질감과 탄력 구현한 초슬림 인조피혁 제조기술 개발 |
연구책임자 | 김진영, 권오흥, 이상원(문화기술그룹), 김주혜(휴먼융합기술그룹) 수석연구원
인간이 받아들이는 정보의 대부분은 눈을 통해 들어온다. 그만큼 어떤 정보를 제공할 때 시각화가 중요하다. 최근 시각화 방법 중의 하나로 3D 입체 디스플레이가 각광을 받고 있다. 이 기술은 광고, 전시, 영화뿐 아니라 의료, 가전 등 다양한 분야에 적용될 것으로 기대된다. 이런 가운데 생기원이 ‘키네틱 아트* 효과를 이용한 동적 실물 영상 투사 카멜레온(다변)형 서페이스 기술’을 개발했다. 이번 기술 개발에는 문화기술그룹 김진영, 권오흥, 이상원 수석연구원과 휴먼융합기술그룹 김주혜 수석연구원이 공동으로 참여했다.
*키네틱 아트(Kinetic Art): 움직이는 예술. 어떤 수단이나 방법에 의해 움직임을 나타내는 작품을 말함.
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새롭고 역동적인 감성 디스플레이 개발
2014년 소치올림픽에서 러시아 이동통신사업자 메가폰(Megafon)은 대형 키네틱 구조물 ‘메가 페이시스(Mega Faces)’를 선보였다. 11,000개의 픽셀이 돌출되는 핀 토이(Pin Toy) 방식의 키네틱 구조물이 엄청난 미디어 노출 효과를 거두며 브랜드 인지도와 호감도를 단번에 상승시켰다. 코카콜라가 뉴욕 타임스퀘어에 선보인 높이 20미터짜리 움직이는 로봇 광고판 3D 빌보드도 세간의 주목을 받았다. 메가 페이시스와 3D 빌보드는 예술과 기술이 융합된 입체 디스플레이의 대표적 사례다. 이색적이면서도 아날로그 감성이 담긴 입체 디스플레이는 평면 디스플레이에 식상함을 느끼던 사람들에게 큰 호응을 얻었다.
입체 디스플레이 기술은 콘텐츠와 서비스가 결합된 문화 비즈니스로 확장이 가능하며, 시장의 확대 가능성도 높다. 문화기술그룹 김진영·권오흥·이상원 수석연구원과 휴먼융합기술그룹 김주혜 수석연구원이 다변형 입체 디스플레이 기술 개발을 시작하게 된 배경이다. 김진영 그룹장이 이번 기술의 특징과 차별성에 대해 설명했다.
▲카멜레온형 서페이스 입체 디스플레이 시제품. ⓒ한국생산기술연구원
“2016년부터 네 명의 연구자들이 힘을 합쳐 물리적 변형이 가능한 3D 입체 디스플레이 기술 개발을 시작했습니다. 우리 연구팀은 최소한의 액추에이터를 사용해 다양하고 역동적인 감성 디스플레이 개발을 추구했습니다. 액추에이터 수가 많으면 정교하고 섬세한 입체 디스플레이 구현이 가능하지만, 그만큼 제작비도 올라갑니다. 액추에이터를 적게 사용하면서도 자연스러운 움직임을 구현할 방법이 없을까 고민했죠. 그 결과 액추에이터 앞에 자유자재로 늘어나면서도 탄성회복력이 강한 스킨을 붙이고, 스킨에 영상을 맵핑하는 기술이 탄생했습니다.”
다양한 분야, 다양한 기술의 만남
먼저 스크린용 서페이스 스킨의 특성 분석과 물성 평가를 통한 소재 확보에 나섰다. 인장강도가 2~3배 정도인 원단은 시중에 많지만 원래의 모양으로 돌아오는 탄성회복력도 고려해야 했다. 김주혜 수석연구원은 오랜 시장조사와 실험 끝에 인장강도가 5배이고 탄성회복력을 가진 스킨 소재를 개발했다.
“사방 일정한 비율로 늘어나면서 탄성회복력까지 있어야 했기 때문에 구입한 원단에 필름을 가공·처리하는 과정을 거쳤습니다. 또 원단은 기본적으로 150㎝의 폭으로 제작되는데, 4m 크기의 스크린으로 사용하기 위해서는 원단들을 붙여야 합니다. 자수기법을 사용하는 물리적 방법과 본딩(Bonding) 방식의 화학적 방법을 활용해 이음새 부분의 인장강도 및 탄성회복력을 원단과 동일하게 유지하면서 이어 붙일 수 있었습니다.”
▲ (왼쪽 위부터 시계방향으로) 이번 연구에 참여한 김주혜, 이상원, 김진영, 권오흥 수석연구원. ⓒ한국생산기술연구원
액추에이터 모듈 설계는 이상원 수석연구원이 맡았다. 스킨이 늘어나면서 장력이 커지기 때문에 그 힘을 모터가 버틸 수 있도록 만들어야 했다. 또한 액추에이터의 속도와 변이를 최적화하는 것이 중요했다. 1차 년도에 스킨 탄성력을 고려해 5kgf 이상의 전달력과 0.3m/s의 속도를 가진 액추에이터를 설계·제작했다. 이어 2차 년도에 최대 변이 1m 수준에 속도 0.5~1.0m/s를 구현한 슬림 텔레스코픽(Slim Telescopic) 액추에이터 모듈을 완성했다.
다중 액추에이터 구동 제어기술을 맡은 권오흥 수석연구원은 400개가량의 액추에이터 움직임을 동시에 제어하는 네트워크 기반 통신 제어기술을 개발했다. 향후 용도에 따라 액추에이터 개수가 늘어날 경우를 대비해, 더 많은 액추에이터의 움직임을 동시에 제어할 수 있는 기술을 계속 연구해나갈 예정이다.
김진영 그룹장이 담당한 다이내믹 프로젝션 맵핑기술은 적은 수의 액추에이터로 자연스러운 3D 입체 디스플레이를 구현하기 위해 개발됐다. 그동안 정지된 구조물에 영상을 맵핑하는 기술은 많이 선보였지만, 스킨 위에서 움직이는 피사체에 영상을 투사한 동적 맵핑기술이 시도된 것은 세계 최초이다. 이를 통해 3D 입체 디스플레이의 시각적 완성도를 높일 수 있었다.
문화예술 영역뿐 아니라 다양한 분야에서 활용 가능
연구팀은 1차 년도에 200개의 액추에이터를 이용해 평면 스크린에 얼굴 형태를 구현하는 것으로 도전을 시작했다. 2차 년도에는 곡면 스크린으로 발전했고, 3차 년도에 스크린이 꺾이고 회전하는 임의형상까지 개발을 완료했다. 지난해 10월에는 ㈜유잠스튜디오, 이화여대와 함께 한양대 ERICA 캠퍼스 라이언스홀에서 ‘Chameleon Surface 전’을 열기도 했다.
▲ 카멜레온형 서페이스 입체 디스플레이를 시연한 모습 ⓒ한국생산기술연구원
또한 올해 10월 열리는 대구국제오페라축제 무대에 올라갈 예정이다. 앞으로 광고, 전시, 콘서트 등 다양한 문화예술 영역에 활용될 것으로 기대된다. 뿐만 아니라 탄성회복력을 가진 스킨, 액추에이터 모듈, 다중 액추에이터 구동 제어, 다이내믹 프로젝션 맵핑의 네 가지 요소기술은 개별적으로 확장·발전할 수 있는 잠재력도 가지고 있다. 예를 들어 액추에이터 모듈은 의료용 베드에 바로 활용이 가능하다. 연구팀은 여기에서 멈추지 않고 속도, 해상도, 곡면 조건을 최적화할 수 있는 입체 디스플레이 매커니즘을 계속 연구할 예정이다. 김진영 그룹장은 이번 연구의 의미를 이렇게 강조했다.
“3D 입체 디스플레이는 예술과 기술의 융합을 통해 탄생한 분야입니다. 이처럼 새로운 분야의 발전을 위해서는 다양한 전문가들의 공동 연구가 필요합니다. 우리 생기원은 여러 분야의 전문가들이 공동으로 연구할 수 있는 조건이 갖춰져 있습니다. 다변형 입체 디스플레이 기술은 생기원 내 연구자들의 기술 융합으로 완성됐다는 점에서 그 의미가 더욱 크다고 생각합니다.”