저는 현재 서울대학교 기계공학부에서 응용나노열공학연구실을 지도하고 있는 고승환 교수입니다. 서울대학교는 2013년부터 부임했고 그전에는 카이스트 기계공학과에서 2009년부터 4년간 교수로 재직했었습니다. 관심 있는 연구분야는 나노물질 개발 및 저온 공정을 개발하여 다양한 차세대 전자기기들에 적용하는 것입니다. 대상 차세대 미래 전자기기로는 웨어러블 전자기기, 플렉서블/스트레처블 전자기기, 투명 전자기기, 소프트 로봇, VR/AR 기기, 기능성 필터 등이 포함됩니다. 한국

전자피부란 사람 피부의 여러 가지 감지 기능들을 인공적으로 구현하고 피부처럼 부드럽고 늘어날 수 있게(스트레처블) 전자기기들을 만들어서 피부의 표면이나 인체 내부에 삽입할 수 있는 전자기기입니다. 사람의 피부는 단순히 유연한 것을 넘어서 최대 30% 정도 늘어날 수 있으며, 만일 충분히 스트레처블 하지 않은 전자기기를 피부에 붙인다면 사용자가 움직일 때마다 불편함을 느낄 수 있습니다. 따라서 피부나 장기에 부착하는 생체응용분야에 활용할 전자기기를 개발할 때는 플렉서블 전자기기만으로 부족하며 반드시 피부와 같은 스트레처블/소프트한 형태로 구현해야 합니다. 

이처럼 피부에 부착하는 스트레처블 전자기기를 전자피부(e-skin)라고 하며 반창고 형태나 문신 형태로 만들어서 필요한 부위에 직접 부착하여 체온, 심박수, 근전도, 심전도, 혈압, 산소포화도 등 사용자의 다양한 생체 신호 등을 측정하여 무선으로 외부에 전송하는 용도로 많이 사용하고 있습니다. 그뿐만 아니라 인체 내부의 장기에 직접 부착하는 인체 삽입형 전자기기 형태로도 구현이 될 수 있습니다.

저는 20여 년 전 미국에서 박사학위를 하는 동안 미래 전자기기로 인식되고 있는 웨어러블 전자기기에 큰 관심을 가지고 박사학위 주제로 연구를 진행했었습니다. 이러한 웨어러블 전자기기의 가장 핵심적이고 진보된 요소가 전자피부 기술이라고 할 수 있습니다. ​ 이러한 웨어러블 전자기기와 전자피부에 처음 관심을 가지게 된 계기는 2002년 [마이너러티 리포트]란 영화를 보며(비록 영화에서는 실제 작동하는 것들이 아니라 컴퓨터 그래픽들이었지만) 다양한 웨어러블 전자기기와 전자피부 등에 매료되어 실제로 작동하는 기기들을 연구하고 실현시키고 싶다는 생각에서 박사학위 주제로 선정했고 20년이 지난 현재까지 연구를 활발히 지속하고 있습니다.

현재 모든 전자기기는 휴대용 무선 전자기기로 빠르게 진화하고 있습니다. 가까운 미래에는 무선 스마트기기의 기능들이 의복에 흡수되어 입는 형태의 웨어러블 전자기기로 발전될 것이라 예측하고 있습니다. 

이처럼 웨어러블 전자기기의 최종 목표는 사람이 직접 옷처럼 입거나 피부에 부착하거나 사람 몸 안에 이식하는 형태로 구현이 되어야 하기 때문에 전자피부는 웨어러블 전자기기의 가장 발전된 형태가 될 것으로 생각됩니다. 사람의 피부는 플렉서블한 것을 넘어서 스트레처블하고 소프트하기 때문에 단순히 플렉서블 전자기기만으로 웨어러블 전자기기를 구현하게 되면 실제로 사람 몸에 착용했을 때 사용자는 이질감과 불편함을 느낄 수밖에 없을 것입니다. 일단 사용자가 불편함을 느끼기 시작하면 결국 오래 사용되지 못하게 될 것입니다. 따라서 플렉서블 전자기기는 자연스럽게 스트레처블 소프트 전자기기 형태로 진화하여 사람의 피부에 부착이 되거나 인체 내에 삽입하는 기기인 전자피부 형태로 발전하게 될 것입니다.

현재 연구실에서 개발하고 있는 웨어러블 전자기기와 전자피부 기술을 바탕으로 메타버스 기술을 접목하는 연구를 진행하고 싶습니다. 메타버스는 현실을 디지털 기반의 가상 세계로 확장시켜 가상의 공간에서 모든 활동을 할 수 있게 만드는 시스템으로 사용자가 마치 해당 가상세계에 실제로 있는 것 같은 몰입감을 주어야 합니다. 그러기 위해서 실제와 같은 촉각 정보를 인공적으로 만들어 피부에 전달해 주는 것이 메타버스의 핵심기술이며 여기에 웨어러블 전자기기가 매우 중요한 역할을 담당하고 있습니다.

이런 촉각 구현 웨어러블 전자기기에서 가장 중요한 요소는 피부와 비슷한 웨어러블 기기형태로 만들어서 밀착감과 착용감을 증대시켜서 가상공간에서의 정보를 피부에 효과적으로 재생하여 몰입감을 최대화하는 것입니다. 저희 연구실에서는 최근 가상공간 안에서 차갑거나 뜨거운 물체를 만졌을 때 가상의 냉/열감을 인공적으로 만들어서 피부에 전달하는데 성공했습니다. 이렇게 가상공간에 다양한 인공 감각을 구현하는 웨어러블 전자소자 기술이 매우 중요한 역할을 하고 있으며, 모든 감각이 인공적으로 구현이 된다면 영화에서 보는 것처럼 현실 같은 몰입감을 갖는 메타버스를 구현할 수 있을 것으로 생각되며 앞으로 연구를 확장하고 싶습니다. 

사진출처 : 서울대학교, MERRIC

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