화학공학과 방창현 교수 연구팀, 피부부착형 진동 햅틱 패치 소자 개발

- “메타버스 속 잔잔한 물결까지 느낀다… 현실감 넘치는 촉각 전달 기술”

- 잘 늘어나고 땀 배출까지 가능한 햅틱 기술로 차세대 웨어러블 혁신 견인

▲(왼쪽부터) 교신저자 성균관대 방창현 교수, 건국대 양태헌 교수, 한양대에리카 조광현 교수,  주저자 손지훈, 황귀원 석박통합과정생

화학공학과 방창현 교수 연구팀은 메타버스 환경에서 거친 자갈부터 잔잔한 물결까지 섬세한 촉각을 전달할 수 있는 고성능 피부부착형 진동 햅틱 패치 소자를 개발하였다. 이 소자는 부드러운 촉감과 뛰어난 신축성을 갖추면서도 땀과 열 배출이 가능해, 장시간 사용 시에도 안정적인 착용과 진동 전달이 가능한 차세대 웨어러블 기술이다.

이번 연구는 화학공학과 손지훈, 황귀원 연구원들이 주저자로 참여하였고 건국대학교 기계공학과 양태헌 교수, 한양대학교 에리카 수리데이터사이언스학과 조광현 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 수행되었으며, 국제학술지 Advanced Materials에 2025년 6월 25일자로 게재되었다.

기존 웨어러블 햅틱 장치는 딱딱하거나 유연성이 떨어지는 소재로 인해 피부 밀착과 정밀한 촉감 전달에 한계가 있었다. 특히, 신체의 다양한 움직임에 따른 굴곡이나 신축성에 적응하지 못하거나, 장시간 착용 시 발생하는 땀과 열로 인해 사용성에 제약이 있었다.

▲ 메타버스 세계에서 잔잔한 물결까지 미세 촉감 전달 가능한 사방으로 쭉쭉 잘 늘어는 피부부착형 진동 전달 패치 소자 개발

연구팀은 이를 극복하기 위해, 스펀지처럼 미세스프링 구조에 완충젤을 채운 전기활성층*을 설계하고, 방향성 있는 탄성복원력** 확보하고, 신축성 전극을 견고하게 결합하여 높은 신축성을 갖는 진동 소자를 개발하였다. 개발된 소자는 최대 500%까지 신축 가능하며, 스마트폰 수준(약 2.0 g)의 진동을 출력하면서도, 손바닥이나 손가락처럼 움직임이 많고 복잡한 부위에 안정적으로 부착된다. 또한 개구리 발바닥에서 착안한 구조를 통해 땀과 체열을 자연스럽게 배출할 수 있도록 하여 고온다습한 환경에서도 우수한 성능을 유지한다.

* 전기활성층: 전기를 가했을 때 형태나 물리적 성질이 변하는 물질로 구성된 층 

** 탄성복원력: 어떤 물체가 외부 힘에 의해 변형되었다가, 그 힘이 제거되었을 때 원래의 형태로 되돌아가려고 하는 힘을 의미함. 

연구 결과는 머신러닝 기반의 정량적 분석을 통해 실제 피부에서 고정밀 진동 전달 효과가 입증되었으며, 헬스케어, 재활 치료, 메타버스 인터페이스 등 다양한 분야에서의 응용 가능성이 기대된다.    방창현 교수는 “이번 연구는 기존 웨어러블 햅틱 기술의 구조적·기능적 한계를 극복한 혁신 사례로, 향후 다양한 산업 및 의료 영역에서 실용적으로 활용될 수 있을 것”이라며, “차세대 촉각 인터페이스 기술의 핵심 플랫폼으로 자리 잡을 수 있을 것”이라고 밝혔다. 

※ 논문명: An Intrinsically Stretchable Skin-Adhesive Actuator with Structurally Anisotropic Multiphase Microarchitectures

※ 학술지: Advanced Materials

※ 논문링크: https://doi.org/10.1002/adma.202503781