전선, 구동 장치 없이 빛만 비추면 금속 표면이 스스로 솟아오르게 만드는 기술이 구현됐다. 촉각 인터페이스, 형상 디스플레이, 차세대 웨어러블 기기 및 소프트 로봇 개발에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
한국과학기술원(KAIST)은 오일권 기계공학과 교수팀이 평평한 니켈-티타늄 형상기억합금(SMA) 시트가 빛을 받아 입체 구조로 변하는 메타모핑(외부 자극에 따라 미리 설계한 형태로 변형되는) 구조화 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.
평평한 금속판에 정교한 절개·접힘 패턴을 설계해, 미리 정한 입체 모양으로 변형되도록 했다. 종이를 오려 입체 구조를 만드는 '키리가미 원리'를 금속에 적용한 것이다.
다만 기존 형상기억합금은 금속이 빛을 충분히 흡수하지 못해 별도 광흡수 코팅이 필요했다. 그래핀 산화물, 질화티타늄(TiN) 같은 코팅은 반복 사용시 벗겨질 수 있고, 제작 공정이 복잡하다.
연구팀은 이를 해결하고자 UV 레이저 미세가공 기술을 활용했다. 레이저를 조사하는 것만으로 금속을 원하는 형태로 가공하는 동시에 표면이 빛을 잘 흡수하도록 만들어, 별도 광흡수 코팅이 필요 없는 제작 방식을 구현했다.
이번 연구 핵심은 금속이 얼마나 변형될지 뿐 아니라 어떤 순서로 형태를 바꿀지까지 하나의 금속 안에 미리 설계했다는 점이다. 연구팀은 레이저 가공 방식을 조절해 같은 빛을 비춰도 어떤 부분은 먼저, 다른 부분은 나중에 변형되도록 구현했다.
연구팀은 이 기술을 근적외선(NIR) LED와 결합해 화면 일부가 실제로 솟아오르는 형상 디스플레이와 촉각 전달 햅틱 인터페이스를 구현했다. KAIST의 다섯 알파벳을 순차 표시하고, 손끝으로 방향을 안내하는 촉각 신호 구현에도 성공했다.
오일권 교수는 “빛만으로 형상을 자유롭게 제어할 수 있어 적응형 표면, 인터랙티브 햅틱 인터페이스, 차세대 웨어러블 기기, 광열 기반 소프트 로봇 등 다양한 분야에 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.
김현수 기계공학과 석사과정이 제1저자로, 오일권 교수가 교신저자로 참여한 이번 성과는 '어드밴스드 사이언스'에 게재됐으며, 연구 우수성을 인정받아 이면 표지 논문으로도 선정됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
