가상현실의 ‘유령 감각’ 깨운다…18g 반지로 느끼는 660g의 무게

가상현실(VR) 속 사과는 눈앞에 선명하게 존재하지만, 손을 뻗으면 허공을 가를 뿐이다. 시각은 실재하되 촉각은 부재한 이른바 ‘유령 감각’의 한계다. 이 괴리를 메우기 위해 그동안 수많은 ‘햅틱 장갑’이 등장했지만, 모터와 전선이 뒤엉킨 투박한 장비는 오히려 몰입을 방해하는 족쇄였다.

국내 연구진이 이 난제를 반지 하나로 풀어냈다. 손가락에 끼우는 것만으로 가상 물체의 단단함과 무게감을 실제처럼 느끼게 해주는 초경량 웨어러블 기술이 탄생했다.

성균관대학교 김선국 교수(신소재공학과) 연구팀은 스위스 로잔공대(EPFL) 제이미 백 교수팀과의 공동 연구를 통해 반지 형태의 웨어러블 햅틱 장치 ‘오리링(OriRing)’을 개발했다고 12일 밝혔다. 연구 성과는 전자 공학 분야 세계 최고 권위지인 ‘네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)’에 게재됐다.

‘진동’ 아닌 ‘힘’을 조각하다
기존 스마트폰이나 게임 컨트롤러의 햅틱이 ‘붕-’ 하는 단순 진동(Vibrotactile)으로 뇌를 속이는 방식이었다면, 오리링은 피부와 근육에 물리적인 ‘힘(Kinesthetic force)’을 직접 가한다.

핵심은 ‘무게 대비 출력’의 혁신이다. 오리링의 무게는 18g. 믹스커피 한 봉지 반 정도의 가벼움이지만, 손가락에 전달하는 힘은 최대 6.5N(뉴턴)에 달한다. 이는 약 660g의 물체를 들어 올릴 때 느끼는 중력감과 맞먹는다. 사용자가 가상 공간에서 돌멩이를 쥐면, 반지가 손가락 피부를 압박해 실제 돌의 단단함과 무게를 즉각적으로 전달하는 원리다.

3축 센서, ‘쓰다듬는 느낌’까지 읽는다
연구팀은 하드웨어의 경량화와 함께 ‘감각의 해상도’를 높이는 데 주력했다. 이를 위해 레이저 가공 기술을 활용한 특수 ‘3축 힘 센서’를 독자 개발했다.

기존 센서들이 수직으로 누르는 힘(압력)만 감지했다면, 이 센서는 표면을 쓸거나 비비는 수평 방향의 힘(전단력)까지 읽어낸다. 미세한 피라미드 구조의 센서가 힘의 방향과 크기를 입체적으로 분리해 감지하기 때문이다. 덕분에 사용자는 가상 물체의 거칠기나 미끄러움 같은 섬세한 질감까지 구분할 수 있다.

게임 넘어 ‘피지컬 AI’ 시대로
이번 기술은 엔터테인먼트에 머물렀던 메타버스의 영토를 의료와 산업 현장으로 확장할 ‘트리거’로 평가받는다.

예컨대 지구 반대편에 있는 의사가 햅틱 반지를 끼고 원격 수술 로봇을 조종할 때, 메스의 끝에 닿는 환부의 탄력을 손끝으로 느낄 수 있게 된다. 혹은 재난 현장에 투입된 로봇이 감지한 파편의 무게를 조종자가 그대로 전달받아 정교한 구조 작업을 수행하는 ‘피지컬 AI(Physical AI)’ 인터페이스의 핵심 도구가 되는 셈이다.

김선국 교수는 “오리링은 액세서리처럼 착용할 수 있는 수준의 편의성을 갖추면서도, 기계적 성능은 둔탁한 장갑형 기기를 넘어섰다”며 “가상과 현실의 경계를 허무는 촉각 인터페이스가 재활, 원격 제어 등 다양한 산업의 기폭제가 될 것”이라고 설명했다.