렌즈 기반 센서 인쇄 기술에 AI 융합
시선 따라 다른 빛 분포 감지해 작동
눈짓만으로 로봇을 움직일 수 있는 스마트 콘택트렌즈를 개발한 UNIST 기계공학과 정임두(왼쪽부터) 교수, 공병훈 연구원, 김도현 연구원. UNIST 제공
눈짓만으로 로봇을 움직일 수 있는 스마트 콘택트렌즈가 국내 연구진에 의해 개발됐다.
울산과학기술원(UNIST)은 정임두 기계공학과 교수 연구팀이 렌즈에 센서를 직접 인쇄하는 특수 기술과 인공지능(AI) 기반 신호 복원 기술을 결합해, 로봇 팔을 원격 제어할 수 있는 스마트 콘택트렌즈를 개발했다고 15일 밝혔다.
렌즈에 집적돼 있는 100개의 빛 검출 센서가 눈을 움직이면 변화하는 빛 분포를 감지해 시선 방향을 추적하는 원리로 작동한다. 상하좌우는 물론 대각선 방향까지 정밀하게 구분하며, 안구의 깜박임으로 물건을 집을 수도 있다.
연구팀은 둥근 렌즈 표면에 센서를 직접 프린팅할 수 있도록 ‘메니스커스 픽셀 프린팅(MPP)’ 기술을 개발해 적용했다. 노즐 끝에 맺힌 센서 원료 잉크를 렌즈 표면에 콕콕 찍어내는 방식으로, 액체의 볼록하거나 오목한 곡면인 메니스커스를 활용해 잉크의 배출과 퍼짐을 동시에 제어할 수 있다. 잉크를 건조하면 빛을 감지하는 페로브스카이트 물질만 남아 센서 역할을 하게 된다. 센서를 만들 때 별도의 틀이 필요 없고, 안구 곡률에 맞게 렌즈 위에 바로 인쇄할 수 있어 개별 맞춤형 렌즈 제작이 가능하다.
소형 렌즈에 따른 낮은 신호 해상도 문제는 AI기술로 보완했다. 딥러닝 기반 초해상도 기술을 적용해 100개의 센서 신호를 최대 6,400개 센서 수준의 고해상도 데이터로 복원했다. 신호 처리 시간은 0.03초에 불과해 실시간으로 제어할 수 있다.
눈동자의 움직임으로 로봇을 제어하는 콘택트렌즈 개념도. UNIST 제공
안구 모형을 이용한 실험에선 눈동자 움직임만으로 물체를 집어 옮기는 동작까지 이뤄졌으며, 방향 인식 정확도는 99.3%를 기록했다. 정 교수는 “별도의 컨트롤러 없이 인간의 시각 정보를 로봇 제어 신호로 직접 변환하는 고도화된 인간-기계 상호작용 시스템 구현이 가능함을 증명했다”며 “증강현실 기반 산업용 로봇 원격 제어, 재난·재해 환경에서의 탐사 로봇 운용, 스마트 모빌리티 인터페이스 등 다양한 분야로 확장될 수 있다”고 말했다.
이번 연구는 UNIST 기계공학과 공병훈, 김도현 연구원이 제1저자로 참여했다. 연구 결과는 재료 과학 분야 세계적 학술지 (Impact Factor: 19.0, JCR 상위 5%이내)인 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 지난달 11일 게재됐다. 연구 수행은 과학기술정보통신부 한국연구재단과 정보통신기획평가원, 산업통상자원부의 기술개발사업 지원으로 이뤄졌다.
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