오일권 교수 연구팀은 드론이 수집한 3차원 공간 데이터를 가로·세로 독립적인 촉각 신호로 변환하는 착용형 햅틱 기술을 개발했다. 연기 등으로 시야가 제한된 재난 현장에서 방향과 장애물을 촉감으로 파악해 안전한 원격 조작을 돕는 기술로, 햅틱 촉각기술과 유무인 협력 체계에서의 우수한 활용 가능성을 열고자 한다.

 화재 및 재난 환경은 연기와 먼지, 정전 등 복합적인 상황이 겹치면 순식간에 어떤 일이 벌어지는지 시각적으로 파악하기 어려워진다. 구조 현장처럼 ‘보이지 않는’ 상황에서 드론을 정밀하게 조종하려면, 시각을 대신할 새로운 감각 통로가 필요하다. 한국과학기술원(KAIST) 오일권 교수 연구팀은 드론이 수집한 3차원 공간 데이터를 촉각 피드백으로 변환해 조종자가 공간을 입체적으로 ‘느끼며’ 원격 제어할 수 있는 착용형 기술을 개발했다.

이 기술은 서로 수직인 두 방향의 촉감을 독립적으로 만들어내는 ‘직교 방향 제어 웨어러블 햅틱(WHOA)’에 기반한다. 촉각 정보를 전달하는 햅틱 기술은 스마트폰 진동처럼 피부가 감지할 수 있는 물리적 자극을 이용한다. 연구진은 형상기억합금 와이어를 활용했다. 형상기억합금은 특정 온도로 가열하면 변형된 상태에서 원래 형태로 돌아오는 금속으로, 작은 구동기로도 확실한 촉각 자극을 만들 수 있다.

 

그림 1 직교 이방성 형상기억합금 착용형 구동기의 독립적 수평 및 수직 구동 방식 모식도 a) 가상 및 실제 환경에서 직교 방향 촉감을 통해 입체 공간까지 인지 능력을 확장하는 WHOA. b) 독립적인 수직 및 수평 거동, 또는 동시에 거동이 가능한 직교 이방성 착용형 구동기 모식도. c) 페릴린 코팅을 통해 전기적으로 절연된 다중 영역 제어를 보이는 멀티모달 햅틱 구동기

연구팀은 와이어를 가볍고 단순한 매듭 구조로 엮고, 두 층을 직교로 중첩해 가로·세로 방향 거동을 분리했다. 또한 힘을 받으면 옆 방향으로도 함께 퍼지는 ‘오그제틱(auxetic)’ 구조를 적용해 얇고 좁은 공간에서도 방향성 있는 촉각 신호를 구현했다. 이 덕분에 단순 진동을 넘어, 좌·우·상·하·전진·후진과 같은 이동 정보와 전방 장애물·위험 구역 경고를 서로 다른 패턴으로 전달할 수 있다. 시야가 제한될수록, 조종자는 화면 해석 대신 촉감을 통해 공간의 윤곽을 즉각적으로 파악할 수 있다. (그림 1 참고)

그림 2 가상 화재환경 내 촉감 피드백 기반 공간정보 전달 및 드론 원격제어 모식도 a) 촉각 모드와 드론 동작 간의 대응 관계. b) 화재가 발생한 건물 내 연기로 인해 시야가 차단된 상황에서 구조대원이 발에 착용한 햅틱 기기로 감각을 전달받아 VR 드론을 제어하는 모습. c) 드론 이동에 대한 3D 공간 매핑이 이루어지는 VR 환경. d) 화재 연기로 시야가 차단된 상태에서 공간 이동 제어가 가능함을 보여주는 VR 기반 시뮬레이션 이미지.

연구진은 화재 현장 건물을 가정한 가상현실 시뮬레이션에서 WHOA 기반 드론 내비게이션을 실증했다. 참여자는 연기와 잔해로 가시성이 떨어지는 환경에서 위험 구역을 회피하고 구조 작업을 수행하는 시나리오에서, 촉각 피드백을 통해 드론 주변 공간을 감각적으로 이해하며 조작을 이어갔다. (그림 2 참고)

실용성도 고려됐다. WHOA는 팔에 착용할 수 있을 뿐 아니라 신발 내부처럼 작은 공간에서도 동작하도록 설계돼 손을 자유롭게 유지한 채 장시간 안내를 받을 수 있고, 착용 피로를 줄이는 데도 도움이 된다.

이 기술은 재난 구조·소방을 넘어 시각장애인을 위한 촉각 내비게이션, 산업 점검, 그리고 사람과 무인체계가 협력하는 국방 원격 운용 등 다양한 위험 환경에서의 로봇·드론 제어에 적용 가능성을 보여준다. 이러한 촉감 기반 협업을 통한 극한 상황에서의 효과적인 접근성과 임무 수행 능력을 영상 1을 통해 확인할 수 있다.

본 연구는 카이스트 오일권 교수의 지도 하에 오세웅 박사와 KHAN이 공동 제1저자로 참여하여 국제학술지 Advanced Materials(Vol. 37, Issue 1)에 2025년 1월 게재됐으며, 과학기술정보통신부 및 한국연구재단 중견연구지원 사업의 지원을 받았다.

(논문 제목: Wearable Haptics for Orthotropic Actuation Based on Perpendicularly Nested Auxetic SMA Knotting,

링크: https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202411353).