휠 수 있는 얇은 태양전지, 금속 나노잉크로 값싸고 친환경적으로 - 기존 나노잉크 공정의 유기물 분산제 사용 없이 안정적인 나노 잉크 제조 - 저비용, 고효율 박막태양전지 상용화 가능성 열어 - Journal of Materials Chemistry A 표지논문 선정 나노잉크를 프린팅하는 제작기법을 사용해 얇은 막 모양의 형태로 건물이나 웨어러블 기기에 사용이 가능한 박막태양전지를 값싸게 만들 수 있는 공정이 개발되었다. 고가의 진공 장비나 독성 분산제를 사용하지않아 친환경적이고 저가의 박막태양전지 개발이 가능해졌다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 이도권(광전하이브리드연구센터)박사팀은 금속 나노잉크 프린팅 공정으로 제조비용을 절감하면서도 효율이 높은 박막태양전지를 제조할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다. 박막태양전지는 현재 가장 많이 쓰이는 실리콘 계 태양전지에 비해 자유롭게 형태를 변형할 수 있고 가벼워서 건물, 휴대용, 웨어러블 기기 등으로 응용처가 크게 확장될 것으로 기대된다. 그러나 박막태양전지 제조에는 보통 고가의 반도체 공정에 쓰이는 진공 장비가 사용되기 때문에 제조 단가 절감에 어려움이 있다. 연구진이 개발한 나노잉크 프린팅 공정은 기존의 박막태양전지 제조 공정에 사용되는 고가의 진공 장비가 필요 없고 유연한 기판을 이용하는 연속공정에 적용 가능하므로 공정비용이 저렴할 뿐 아니라 대량생산에 적합한 장점이 있다. 기존의 나노잉크 기술에서는 나노입자가 서로 엉기는 현상을 막고 치밀한 코팅 막을 얻기 위해 비싸고 독성이 있는 유기물 분산제를 첨가해야하고, 프린팅 후 고온 공정을 거쳐 유기물을 다시 분해해야했다. 또한, 유기물이 완전히 분해되지 않을 경우 박막에 남는 탄소 잔유물이 태양전지 성능을 저하시키는 단점이 있었다. 이도권 박사팀은 친환경적인 에탄올 용매 이외에는 어떤 유기물도 첨가하지 않고 세라믹 볼을 회전시켜 얻은 기계적 에너지만으로 나노입자를 균일하게 분산시키고 이를 치밀한 박막 형태로 만드는데 성공했다. 제조된 나노잉크는 대기 중에서 최소 한 달 이상 안정한 상태를 유지해 기존 유기물 분산제를 사용한 나노잉크와 비교해 우수한 안정성을 나타냈다. 특히, 나노잉크의 재료로 구리-인듐 계 금속 나노입자를 사용함으로써, 금속 원자들이 셀레늄과 만나 화합물을 이루는 과정에서 일어나는 부피 팽창을 적극적으로 이용하여 표면에 구조 결함이 없는 고품질의 구리-인듐-셀레늄 (CIS) 박막태양전지를 제조했다. 그 결과, 연구팀은 유사한 화합물로 구성된 저가형 태양전지 중 가장 높은 광 변환 효율인 11.4%를 달성하였다. 현재 박막태양전지의 시장 규모는 약 3 조로 개발한 공정을 활용할 경우 최대 30%의 제작비용 감소 효과가 있다. 또한 광변환 효율을 15%까지 올리게 되면 휴대용 전자기기의 이동용 전원 등으로 활용이 가능할 것으로 보인다. 이도권 박사는 “유기물 분산제를 사용하지 않고 고품질의 박막을 형성할 수 있는 나노잉크 제조 기술은 그동안 사례가 없었던 일이다”며“박막 반도체의 밴드갭 조절 등을 통해 효율 향상의 여지가 충분하기 때문에 저비용, 고효율 박막태양전지의 구현을 한층 앞당길 수 있을 것으로 기대된다 ”고 말했다. 이번 성과는 KIST-UNIST-울산시 융합 신소재 연구센터 및 KIST 미래원천사업의 지원으로 UNIST 송명훈 교수팀과의 공동연구로 이루어졌으며, 에너지 분야 Journal of Materials Chemistry A에 8월 21자 표지논문으로 선정되었다. * (논문명) High-density Cu In intermetallic nanocrystal layers: towards printable CuInSe2 solar cells with high efficiencies - (제1저자) 한국과학기술연구원 광전하이브리드연구센터, 과학기술연합대학원 대학교(UST) 석사과정 이병석 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 광전하이브리드연구센터 책임연구원 이도권 <그림자료> 1. Journal of Materials Chemistry A지 2015. 8. 21일자 표지에 사용된 이미지: 금속 나노결정으로부터 제조한 나노잉크를 펴 발라 구리-인듐-셀레륨 화합물 박막태양전지를 제조하는 과정을 표현한 그림.

휠 수 있는 얇은 태양전지, 금속 나노잉크로 값싸고 친환경적으로 - 기존 나노잉크 공정의 유기물 분산제 사용 없이 안정적인 나노 잉크 제조 - 저비용, 고효율 박막태양전지 상용화 가능성 열어 - Journal of Materials Chemistry A 표지논문 선정 나노잉크를 프린팅하는 제작기법을 사용해 얇은 막 모양의 형태로 건물이나 웨어러블 기기에 사용이 가능한 박막태양전지를 값싸게 만들 수 있는 공정이 개발되었다. 고가의 진공 장비나 독성 분산제를 사용하지않아 친환경적이고 저가의 박막태양전지 개발이 가능해졌다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 이도권(광전하이브리드연구센터)박사팀은 금속 나노잉크 프린팅 공정으로 제조비용을 절감하면서도 효율이 높은 박막태양전지를 제조할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다. 박막태양전지는 현재 가장 많이 쓰이는 실리콘 계 태양전지에 비해 자유롭게 형태를 변형할 수 있고 가벼워서 건물, 휴대용, 웨어러블 기기 등으로 응용처가 크게 확장될 것으로 기대된다. 그러나 박막태양전지 제조에는 보통 고가의 반도체 공정에 쓰이는 진공 장비가 사용되기 때문에 제조 단가 절감에 어려움이 있다. 연구진이 개발한 나노잉크 프린팅 공정은 기존의 박막태양전지 제조 공정에 사용되는 고가의 진공 장비가 필요 없고 유연한 기판을 이용하는 연속공정에 적용 가능하므로 공정비용이 저렴할 뿐 아니라 대량생산에 적합한 장점이 있다. 기존의 나노잉크 기술에서는 나노입자가 서로 엉기는 현상을 막고 치밀한 코팅 막을 얻기 위해 비싸고 독성이 있는 유기물 분산제를 첨가해야하고, 프린팅 후 고온 공정을 거쳐 유기물을 다시 분해해야했다. 또한, 유기물이 완전히 분해되지 않을 경우 박막에 남는 탄소 잔유물이 태양전지 성능을 저하시키는 단점이 있었다. 이도권 박사팀은 친환경적인 에탄올 용매 이외에는 어떤 유기물도 첨가하지 않고 세라믹 볼을 회전시켜 얻은 기계적 에너지만으로 나노입자를 균일하게 분산시키고 이를 치밀한 박막 형태로 만드는데 성공했다. 제조된 나노잉크는 대기 중에서 최소 한 달 이상 안정한 상태를 유지해 기존 유기물 분산제를 사용한 나노잉크와 비교해 우수한 안정성을 나타냈다. 특히, 나노잉크의 재료로 구리-인듐 계 금속 나노입자를 사용함으로써, 금속 원자들이 셀레늄과 만나 화합물을 이루는 과정에서 일어나는 부피 팽창을 적극적으로 이용하여 표면에 구조 결함이 없는 고품질의 구리-인듐-셀레늄 (CIS) 박막태양전지를 제조했다. 그 결과, 연구팀은 유사한 화합물로 구성된 저가형 태양전지 중 가장 높은 광 변환 효율인 11.4%를 달성하였다. 현재 박막태양전지의 시장 규모는 약 3 조로 개발한 공정을 활용할 경우 최대 30%의 제작비용 감소 효과가 있다. 또한 광변환 효율을 15%까지 올리게 되면 휴대용 전자기기의 이동용 전원 등으로 활용이 가능할 것으로 보인다. 이도권 박사는 “유기물 분산제를 사용하지 않고 고품질의 박막을 형성할 수 있는 나노잉크 제조 기술은 그동안 사례가 없었던 일이다”며“박막 반도체의 밴드갭 조절 등을 통해 효율 향상의 여지가 충분하기 때문에 저비용, 고효율 박막태양전지의 구현을 한층 앞당길 수 있을 것으로 기대된다 ”고 말했다. 이번 성과는 KIST-UNIST-울산시 융합 신소재 연구센터 및 KIST 미래원천사업의 지원으로 UNIST 송명훈 교수팀과의 공동연구로 이루어졌으며, 에너지 분야 Journal of Materials Chemistry A에 8월 21자 표지논문으로 선정되었다. * (논문명) High-density Cu In intermetallic nanocrystal layers: towards printable CuInSe2 solar cells with high efficiencies - (제1저자) 한국과학기술연구원 광전하이브리드연구센터, 과학기술연합대학원 대학교(UST) 석사과정 이병석 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 광전하이브리드연구센터 책임연구원 이도권 <그림자료> 1. Journal of Materials Chemistry A지 2015. 8. 21일자 표지에 사용된 이미지: 금속 나노결정으로부터 제조한 나노잉크를 펴 발라 구리-인듐-셀레륨 화합물 박막태양전지를 제조하는 과정을 표현한 그림.

광복 70주년을 맞이하여 "마지막 소원" 사진전에 초대합니다. 포스터를 클릭하시면 컨셉 영상을 관람할 수 있습니다.

미래 의사들이 과학기술연구소에 모여 과학 연구활동에 참여하고 의학과 과학의 융합에 대해 고민하는 시간을 가졌다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 의공학연구소(소장 권익찬)는 전국 의과대학/의학전문 대학원 학생연합(KMSA, Korean Medical Student Association)과 공동으로 제 5회 KIST-KMSA Research Camp를 8월 6일(목)~8일(토) 3일간 서울 성북구 하월곡동 본원에서 개최했다고 밝혔다. Research Camp에는 전국 의과대학/의학전문 대학원 학생연합 소속 학생 70여명이 참석해 KIST 7개 연구분야 중 본인의 관심 연구분야를 선택하여, 관련분야를 체험한다. KIST 연구원들은 분야별 연구과제를 소개하고, 학생들은 연구주제에 대한 심층학습을 통해 새로운 연구 아이디어를 도출한다. * 연구분야 : 수술로봇, 재활로봇, 생체재료, 테라그노시스, 기초 뇌과학, 뇌의약, 초소형 메디칼 디바이스 이외에도, 캠프에서는 의공학분야견문을 넓히고, 의학·공학의 협력을 증진하기 위한 다양한 강연 및 토론 프로그램이 진행되었다. 의학, 공학 중개 연구에 대한 강연은 경북대 의대 교수를 역임하고, 현재 KIST 의공학연구소에서 연구원으로 재직중인 김인산 박사가 맡았다. KIST 의공학연구소 권익찬 소장은 “미래 의학을 책임질 학생들이 연구 현장 체험을 통해, 기초과학 연구에 대한 관심이 높아질 것”으로 기대한다며, “본 프로그램이 향후 의학과 공학의 긴밀한 협력관계 유지와 관련 연구를 지속시켜 나가는 데 일조하기를 희망한다”고 밝혔다.

손으로 느끼고 조작하는 실감나는 가상현실이 온다 - 카메라형 센서로 가상현실과 실제 공간을 일치시켜 여러 사용자간 확장공간 공유 및 상호작용 - 보급형 평면 입체 디스플레이 환경에서 입체가상물체를 실제 물체처럼 보고 맨손으로 조작 서로 멀리 떨어진 곳에 있는 사람들이 하나의 가상공간에서 가상물체를 실제처럼 보고 손으로 직접 조작할 수 있는 기술이 국내연구진에 의해 개발되었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 로봇연구단 박정민 박사팀은 가상공간과 실제 공간간의 차이가 5mm로 몰입감이 우수한 가상현실공간을 개발했다. 이는 세계 최고수준으로 알려진 기존 기술의 공간 차이가 10mm 였던 것을 대폭 개선한 것으로 한층 더 높은 몰임감으로 현실처럼 가상물체를 조작할 수 있게 되었다. 보편적으로 사용되는 평면 입체 디스플레이를 이용함으로써 다양한 가상현실공간의 응용에 손쉽게 사용할 수 있으므로 기술활용도가 매우 높을 것으로 기대되며, 가상물체를 실제 물체처럼 직접 손으로 조작(잡기, 들기, 움직이기 등)하는 기술은 훈련 및 교육 어플리케이션이나 의료용 시뮬레이터 등 다양한 응용분야에서 직관적인 사용자 인터페이스로 활용될 것으로 기대된다. 현실에 있는 사용자가 가상공간의 물체를 현실과 동일한 수준의 몰입감으로 조작하기 위해서는 현실공간과 가상공간을 통합하는 기술이 필요하다. 현실공간과 가상공간을 하나로 통합하는 기술은, 사용자가 영상을 보는 평면 입체 디스플레이와, 사용자간의 상호작용을 위하여 사용자움직임을 감지하는 카메라형 센서의 위치를 추정하는 기술이 핵심이다. 연구진은 거울을 이용해 디스플레이를 비추는 영상을 얻고 각각의 센서-디스플레이 쌍에 대해서 거울을 이용한 센서변수 및 자세를 추정해 현실공간과 가상공간이 일치하는 정합결과를 얻는 기술을 개발했다. 특수한 장치로 고안된 가상공간과 현실공간을 통합하는 예는 기존에 있었으나, 특정한 입출력장치로 구성된 시스템에서 제한된 공간에서만 사용할 수 있는 한계가 있었다. 때문에 가정과 산업현장에서 보편적으로 사용하기 어려웠다. 반면, 평면 입체 디스플레이와 RGBD 센서인 키넥트(Kinect)를 사용, 색상(color)과 깊이(depth)를 이용하는 본 기술은 가상공간 구성 비용이 저렴하고 보급형 출력장치인 3D TV와 같은 평면입체디스플레이를 사용하므로 손쉽게 몰입형 가상공간을 구축할 수 있는 장점이 있다. 또한, 현실처럼 가상공간에서 상호작용이 가능하고 몰입감이 뛰어나 산업용으로나, 일반 사용자용 및 다양한 새로운 서비스 창출이 가능할 것으로 예상된다. 개발한 기술은 네트워크를 통해 여러 사용자가 하나의 확장공간을 공유하여 같은 가상 물체와 동시에 사용할 수 있도록 하였다. 연구진은 본 기술을 사용하면 가상 물체를 직접 접촉하고 조작하는 것이 필요한 응용의 전 분야에 활용이 가능하다고 밝혔다. 예를 들면 체험형 교육, 3D 관광 안내지도, 3D 인터랙티브 광고, 가상 실감 쇼핑몰, 가상 체험전자 전시나 안내물, 장치 매뉴얼 등 다양한 분야에서 새로운 서비스를 제공할 수 있다. 또한 가상현실에서의 콘텐츠를 제어하는데 마우스 대신 맨손으로 사용할 수 있어 더욱 실감나는 물체조작 환경 구축에 응용이 가능하다. 이 연구는 미래창조과학부 ‘현실과 가상의 통합을 위한 인체감응솔루션’ 글로벌 프런티어사업의 지원으로 개발되었으며 관련기술은 국내/외 특허가 등록(각 1건)되었고 국외출원(1건), 국내 특허 출원(1건)을 마쳤다. 연구책임자인 박정민 박사는“이미 널리 보급된 입출력 장치를 사용하므로 다양한 가상현실 관련 산업을 견인하는 기술파급효과가 클 것으로 예측되며, 네트워크를 통해 연결함으로써 멀리 떨어진 곳에 있는 사람이 실제처럼 만나서 함께 일하고 재미있게 놀이할 수 있는 새로운 공간이 마련되므로 신서비스 창출에 기여할 수 있을 것”이며, “손으로 직접 조작할 수 있는 기술 개발로, 누구나 손쉽게 사용할 수 있어서 웨어러블 인터페이스에서 한걸음 나아가 가상공간환경의 다양한 어플리케이션에서 가상물체를 다루는데 손쉽게 사용할 수 있는 차세대 인터페이스로 자리매김할 수 있을 것”이라고 연구의의를 밝혔다. <그림자료> 그림 1. 평면 입체 디스플레이와 카메라형 센서 간의 정합 가상공간을 나타내기 위해서는 출력장치가 필요하고 가상공간과 상호작용하기 위하여 사용자의 모습을 감지하는 입력장치가 필요하다. 본 개발에서는 출력장치로 평면입체 디스플레이를 사용하였으며, 가상공간의 범위(좌, 우)를 넓히기 위하여 예를 들면 위의 그림과 같이 좌측, 아래측으로 연결하여 구성하였다. 사용자의 모습을 감지하기 위한 센서로 깊이카메라(RGB-D)를 사용하였다. 두 종류의 입출력장치는 모두 사용자를 향하여 놓임으로 디스플레이가 제시하는 정보를 입력장치인 깊이카메라는 관측할 수 없다. 따라서 공간의 어느 부분에서 어떤 가상 물체를 조작하는지 알 수 없기때문에 디스플레이의 정보를 센서에서의 정보로 직접적인 변환하는 것이 불가능하다. 따라서 다수의 디스플레이와 다수의 센서를 통합된 하나의 좌표계에서 표시하는 기술이 필요하다. 그림 2. 다수 평면입체 디스플레이와 다수 카메라형 센서간의 정합 방법 개발 디스플레이의 영상을 센서가 볼 수 없으므로 거울을 이용하여 가시성을 확보하고 좌표계를 통합 표현하기 위하여 다수 센서-디스플레이 사이의 통합 비선형 최적화 방법을 고안하였다. 그림 3. 다수 센서와 다수 디스플레이를 이용한 몰입형 가상현실 다수의 디스플레이를 통해 출력되는 입체 가상공간과 다수의 센서로 감지되는 현실공간을 하나로 통합함으로써 다수 디스플레이를 통해 사용자에게 넓은 가상공간 영역에서 가상 물체를 현실과 같이 직접 조작할 수 있음을 보인다. 본 기술을 통해 현실공간과 가상공간이 잘 대응되어 있어서 공간 상에서 정밀한 제어가 필요한 젱가블럭놀이를 맨손으로 가상공간에서 실감나게 할 수 있음을 보인다.

손으로 느끼고 조작하는 실감나는 가상현실이 온다 - 카메라형 센서로 가상현실과 실제 공간을 일치시켜 여러 사용자간 확장공간 공유 및 상호작용 - 보급형 평면 입체 디스플레이 환경에서 입체가상물체를 실제 물체처럼 보고 맨손으로 조작 서로 멀리 떨어진 곳에 있는 사람들이 하나의 가상공간에서 가상물체를 실제처럼 보고 손으로 직접 조작할 수 있는 기술이 국내연구진에 의해 개발되었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 로봇연구단 박정민 박사팀은 가상공간과 실제 공간간의 차이가 5mm로 몰입감이 우수한 가상현실공간을 개발했다. 이는 세계 최고수준으로 알려진 기존 기술의 공간 차이가 10mm 였던 것을 대폭 개선한 것으로 한층 더 높은 몰임감으로 현실처럼 가상물체를 조작할 수 있게 되었다. 보편적으로 사용되는 평면 입체 디스플레이를 이용함으로써 다양한 가상현실공간의 응용에 손쉽게 사용할 수 있으므로 기술활용도가 매우 높을 것으로 기대되며, 가상물체를 실제 물체처럼 직접 손으로 조작(잡기, 들기, 움직이기 등)하는 기술은 훈련 및 교육 어플리케이션이나 의료용 시뮬레이터 등 다양한 응용분야에서 직관적인 사용자 인터페이스로 활용될 것으로 기대된다. 현실에 있는 사용자가 가상공간의 물체를 현실과 동일한 수준의 몰입감으로 조작하기 위해서는 현실공간과 가상공간을 통합하는 기술이 필요하다. 현실공간과 가상공간을 하나로 통합하는 기술은, 사용자가 영상을 보는 평면 입체 디스플레이와, 사용자간의 상호작용을 위하여 사용자움직임을 감지하는 카메라형 센서의 위치를 추정하는 기술이 핵심이다. 연구진은 거울을 이용해 디스플레이를 비추는 영상을 얻고 각각의 센서-디스플레이 쌍에 대해서 거울을 이용한 센서변수 및 자세를 추정해 현실공간과 가상공간이 일치하는 정합결과를 얻는 기술을 개발했다. 특수한 장치로 고안된 가상공간과 현실공간을 통합하는 예는 기존에 있었으나, 특정한 입출력장치로 구성된 시스템에서 제한된 공간에서만 사용할 수 있는 한계가 있었다. 때문에 가정과 산업현장에서 보편적으로 사용하기 어려웠다. 반면, 평면 입체 디스플레이와 RGBD 센서인 키넥트(Kinect)를 사용, 색상(color)과 깊이(depth)를 이용하는 본 기술은 가상공간 구성 비용이 저렴하고 보급형 출력장치인 3D TV와 같은 평면입체디스플레이를 사용하므로 손쉽게 몰입형 가상공간을 구축할 수 있는 장점이 있다. 또한, 현실처럼 가상공간에서 상호작용이 가능하고 몰입감이 뛰어나 산업용으로나, 일반 사용자용 및 다양한 새로운 서비스 창출이 가능할 것으로 예상된다. 개발한 기술은 네트워크를 통해 여러 사용자가 하나의 확장공간을 공유하여 같은 가상 물체와 동시에 사용할 수 있도록 하였다. 연구진은 본 기술을 사용하면 가상 물체를 직접 접촉하고 조작하는 것이 필요한 응용의 전 분야에 활용이 가능하다고 밝혔다. 예를 들면 체험형 교육, 3D 관광 안내지도, 3D 인터랙티브 광고, 가상 실감 쇼핑몰, 가상 체험전자 전시나 안내물, 장치 매뉴얼 등 다양한 분야에서 새로운 서비스를 제공할 수 있다. 또한 가상현실에서의 콘텐츠를 제어하는데 마우스 대신 맨손으로 사용할 수 있어 더욱 실감나는 물체조작 환경 구축에 응용이 가능하다. 이 연구는 미래창조과학부 ‘현실과 가상의 통합을 위한 인체감응솔루션’ 글로벌 프런티어사업의 지원으로 개발되었으며 관련기술은 국내/외 특허가 등록(각 1건)되었고 국외출원(1건), 국내 특허 출원(1건)을 마쳤다. 연구책임자인 박정민 박사는“이미 널리 보급된 입출력 장치를 사용하므로 다양한 가상현실 관련 산업을 견인하는 기술파급효과가 클 것으로 예측되며, 네트워크를 통해 연결함으로써 멀리 떨어진 곳에 있는 사람이 실제처럼 만나서 함께 일하고 재미있게 놀이할 수 있는 새로운 공간이 마련되므로 신서비스 창출에 기여할 수 있을 것”이며, “손으로 직접 조작할 수 있는 기술 개발로, 누구나 손쉽게 사용할 수 있어서 웨어러블 인터페이스에서 한걸음 나아가 가상공간환경의 다양한 어플리케이션에서 가상물체를 다루는데 손쉽게 사용할 수 있는 차세대 인터페이스로 자리매김할 수 있을 것”이라고 연구의의를 밝혔다. <그림자료> 그림 1. 평면 입체 디스플레이와 카메라형 센서 간의 정합 가상공간을 나타내기 위해서는 출력장치가 필요하고 가상공간과 상호작용하기 위하여 사용자의 모습을 감지하는 입력장치가 필요하다. 본 개발에서는 출력장치로 평면입체 디스플레이를 사용하였으며, 가상공간의 범위(좌, 우)를 넓히기 위하여 예를 들면 위의 그림과 같이 좌측, 아래측으로 연결하여 구성하였다. 사용자의 모습을 감지하기 위한 센서로 깊이카메라(RGB-D)를 사용하였다. 두 종류의 입출력장치는 모두 사용자를 향하여 놓임으로 디스플레이가 제시하는 정보를 입력장치인 깊이카메라는 관측할 수 없다. 따라서 공간의 어느 부분에서 어떤 가상 물체를 조작하는지 알 수 없기때문에 디스플레이의 정보를 센서에서의 정보로 직접적인 변환하는 것이 불가능하다. 따라서 다수의 디스플레이와 다수의 센서를 통합된 하나의 좌표계에서 표시하는 기술이 필요하다. 그림 2. 다수 평면입체 디스플레이와 다수 카메라형 센서간의 정합 방법 개발 디스플레이의 영상을 센서가 볼 수 없으므로 거울을 이용하여 가시성을 확보하고 좌표계를 통합 표현하기 위하여 다수 센서-디스플레이 사이의 통합 비선형 최적화 방법을 고안하였다. 그림 3. 다수 센서와 다수 디스플레이를 이용한 몰입형 가상현실 다수의 디스플레이를 통해 출력되는 입체 가상공간과 다수의 센서로 감지되는 현실공간을 하나로 통합함으로써 다수 디스플레이를 통해 사용자에게 넓은 가상공간 영역에서 가상 물체를 현실과 같이 직접 조작할 수 있음을 보인다. 본 기술을 통해 현실공간과 가상공간이 잘 대응되어 있어서 공간 상에서 정밀한 제어가 필요한 젱가블럭놀이를 맨손으로 가상공간에서 실감나게 할 수 있음을 보인다.

손으로 느끼고 조작하는 실감나는 가상현실이 온다 - 카메라형 센서로 가상현실과 실제 공간을 일치시켜 여러 사용자간 확장공간 공유 및 상호작용 - 보급형 평면 입체 디스플레이 환경에서 입체가상물체를 실제 물체처럼 보고 맨손으로 조작 서로 멀리 떨어진 곳에 있는 사람들이 하나의 가상공간에서 가상물체를 실제처럼 보고 손으로 직접 조작할 수 있는 기술이 국내연구진에 의해 개발되었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 로봇연구단 박정민 박사팀은 가상공간과 실제 공간간의 차이가 5mm로 몰입감이 우수한 가상현실공간을 개발했다. 이는 세계 최고수준으로 알려진 기존 기술의 공간 차이가 10mm 였던 것을 대폭 개선한 것으로 한층 더 높은 몰임감으로 현실처럼 가상물체를 조작할 수 있게 되었다. 보편적으로 사용되는 평면 입체 디스플레이를 이용함으로써 다양한 가상현실공간의 응용에 손쉽게 사용할 수 있으므로 기술활용도가 매우 높을 것으로 기대되며, 가상물체를 실제 물체처럼 직접 손으로 조작(잡기, 들기, 움직이기 등)하는 기술은 훈련 및 교육 어플리케이션이나 의료용 시뮬레이터 등 다양한 응용분야에서 직관적인 사용자 인터페이스로 활용될 것으로 기대된다. 현실에 있는 사용자가 가상공간의 물체를 현실과 동일한 수준의 몰입감으로 조작하기 위해서는 현실공간과 가상공간을 통합하는 기술이 필요하다. 현실공간과 가상공간을 하나로 통합하는 기술은, 사용자가 영상을 보는 평면 입체 디스플레이와, 사용자간의 상호작용을 위하여 사용자움직임을 감지하는 카메라형 센서의 위치를 추정하는 기술이 핵심이다. 연구진은 거울을 이용해 디스플레이를 비추는 영상을 얻고 각각의 센서-디스플레이 쌍에 대해서 거울을 이용한 센서변수 및 자세를 추정해 현실공간과 가상공간이 일치하는 정합결과를 얻는 기술을 개발했다. 특수한 장치로 고안된 가상공간과 현실공간을 통합하는 예는 기존에 있었으나, 특정한 입출력장치로 구성된 시스템에서 제한된 공간에서만 사용할 수 있는 한계가 있었다. 때문에 가정과 산업현장에서 보편적으로 사용하기 어려웠다. 반면, 평면 입체 디스플레이와 RGBD 센서인 키넥트(Kinect)를 사용, 색상(color)과 깊이(depth)를 이용하는 본 기술은 가상공간 구성 비용이 저렴하고 보급형 출력장치인 3D TV와 같은 평면입체디스플레이를 사용하므로 손쉽게 몰입형 가상공간을 구축할 수 있는 장점이 있다. 또한, 현실처럼 가상공간에서 상호작용이 가능하고 몰입감이 뛰어나 산업용으로나, 일반 사용자용 및 다양한 새로운 서비스 창출이 가능할 것으로 예상된다. 개발한 기술은 네트워크를 통해 여러 사용자가 하나의 확장공간을 공유하여 같은 가상 물체와 동시에 사용할 수 있도록 하였다. 연구진은 본 기술을 사용하면 가상 물체를 직접 접촉하고 조작하는 것이 필요한 응용의 전 분야에 활용이 가능하다고 밝혔다. 예를 들면 체험형 교육, 3D 관광 안내지도, 3D 인터랙티브 광고, 가상 실감 쇼핑몰, 가상 체험전자 전시나 안내물, 장치 매뉴얼 등 다양한 분야에서 새로운 서비스를 제공할 수 있다. 또한 가상현실에서의 콘텐츠를 제어하는데 마우스 대신 맨손으로 사용할 수 있어 더욱 실감나는 물체조작 환경 구축에 응용이 가능하다. 이 연구는 미래창조과학부 ‘현실과 가상의 통합을 위한 인체감응솔루션’ 글로벌 프런티어사업의 지원으로 개발되었으며 관련기술은 국내/외 특허가 등록(각 1건)되었고 국외출원(1건), 국내 특허 출원(1건)을 마쳤다. 연구책임자인 박정민 박사는“이미 널리 보급된 입출력 장치를 사용하므로 다양한 가상현실 관련 산업을 견인하는 기술파급효과가 클 것으로 예측되며, 네트워크를 통해 연결함으로써 멀리 떨어진 곳에 있는 사람이 실제처럼 만나서 함께 일하고 재미있게 놀이할 수 있는 새로운 공간이 마련되므로 신서비스 창출에 기여할 수 있을 것”이며, “손으로 직접 조작할 수 있는 기술 개발로, 누구나 손쉽게 사용할 수 있어서 웨어러블 인터페이스에서 한걸음 나아가 가상공간환경의 다양한 어플리케이션에서 가상물체를 다루는데 손쉽게 사용할 수 있는 차세대 인터페이스로 자리매김할 수 있을 것”이라고 연구의의를 밝혔다. <그림자료> 그림 1. 평면 입체 디스플레이와 카메라형 센서 간의 정합 가상공간을 나타내기 위해서는 출력장치가 필요하고 가상공간과 상호작용하기 위하여 사용자의 모습을 감지하는 입력장치가 필요하다. 본 개발에서는 출력장치로 평면입체 디스플레이를 사용하였으며, 가상공간의 범위(좌, 우)를 넓히기 위하여 예를 들면 위의 그림과 같이 좌측, 아래측으로 연결하여 구성하였다. 사용자의 모습을 감지하기 위한 센서로 깊이카메라(RGB-D)를 사용하였다. 두 종류의 입출력장치는 모두 사용자를 향하여 놓임으로 디스플레이가 제시하는 정보를 입력장치인 깊이카메라는 관측할 수 없다. 따라서 공간의 어느 부분에서 어떤 가상 물체를 조작하는지 알 수 없기때문에 디스플레이의 정보를 센서에서의 정보로 직접적인 변환하는 것이 불가능하다. 따라서 다수의 디스플레이와 다수의 센서를 통합된 하나의 좌표계에서 표시하는 기술이 필요하다. 그림 2. 다수 평면입체 디스플레이와 다수 카메라형 센서간의 정합 방법 개발 디스플레이의 영상을 센서가 볼 수 없으므로 거울을 이용하여 가시성을 확보하고 좌표계를 통합 표현하기 위하여 다수 센서-디스플레이 사이의 통합 비선형 최적화 방법을 고안하였다. 그림 3. 다수 센서와 다수 디스플레이를 이용한 몰입형 가상현실 다수의 디스플레이를 통해 출력되는 입체 가상공간과 다수의 센서로 감지되는 현실공간을 하나로 통합함으로써 다수 디스플레이를 통해 사용자에게 넓은 가상공간 영역에서 가상 물체를 현실과 같이 직접 조작할 수 있음을 보인다. 본 기술을 통해 현실공간과 가상공간이 잘 대응되어 있어서 공간 상에서 정밀한 제어가 필요한 젱가블럭놀이를 맨손으로 가상공간에서 실감나게 할 수 있음을 보인다.

손으로 느끼고 조작하는 실감나는 가상현실이 온다 - 카메라형 센서로 가상현실과 실제 공간을 일치시켜 여러 사용자간 확장공간 공유 및 상호작용 - 보급형 평면 입체 디스플레이 환경에서 입체가상물체를 실제 물체처럼 보고 맨손으로 조작 서로 멀리 떨어진 곳에 있는 사람들이 하나의 가상공간에서 가상물체를 실제처럼 보고 손으로 직접 조작할 수 있는 기술이 국내연구진에 의해 개발되었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 로봇연구단 박정민 박사팀은 가상공간과 실제 공간간의 차이가 5mm로 몰입감이 우수한 가상현실공간을 개발했다. 이는 세계 최고수준으로 알려진 기존 기술의 공간 차이가 10mm 였던 것을 대폭 개선한 것으로 한층 더 높은 몰임감으로 현실처럼 가상물체를 조작할 수 있게 되었다. 보편적으로 사용되는 평면 입체 디스플레이를 이용함으로써 다양한 가상현실공간의 응용에 손쉽게 사용할 수 있으므로 기술활용도가 매우 높을 것으로 기대되며, 가상물체를 실제 물체처럼 직접 손으로 조작(잡기, 들기, 움직이기 등)하는 기술은 훈련 및 교육 어플리케이션이나 의료용 시뮬레이터 등 다양한 응용분야에서 직관적인 사용자 인터페이스로 활용될 것으로 기대된다. 현실에 있는 사용자가 가상공간의 물체를 현실과 동일한 수준의 몰입감으로 조작하기 위해서는 현실공간과 가상공간을 통합하는 기술이 필요하다. 현실공간과 가상공간을 하나로 통합하는 기술은, 사용자가 영상을 보는 평면 입체 디스플레이와, 사용자간의 상호작용을 위하여 사용자움직임을 감지하는 카메라형 센서의 위치를 추정하는 기술이 핵심이다. 연구진은 거울을 이용해 디스플레이를 비추는 영상을 얻고 각각의 센서-디스플레이 쌍에 대해서 거울을 이용한 센서변수 및 자세를 추정해 현실공간과 가상공간이 일치하는 정합결과를 얻는 기술을 개발했다. 특수한 장치로 고안된 가상공간과 현실공간을 통합하는 예는 기존에 있었으나, 특정한 입출력장치로 구성된 시스템에서 제한된 공간에서만 사용할 수 있는 한계가 있었다. 때문에 가정과 산업현장에서 보편적으로 사용하기 어려웠다. 반면, 평면 입체 디스플레이와 RGBD 센서인 키넥트(Kinect)를 사용, 색상(color)과 깊이(depth)를 이용하는 본 기술은 가상공간 구성 비용이 저렴하고 보급형 출력장치인 3D TV와 같은 평면입체디스플레이를 사용하므로 손쉽게 몰입형 가상공간을 구축할 수 있는 장점이 있다. 또한, 현실처럼 가상공간에서 상호작용이 가능하고 몰입감이 뛰어나 산업용으로나, 일반 사용자용 및 다양한 새로운 서비스 창출이 가능할 것으로 예상된다. 개발한 기술은 네트워크를 통해 여러 사용자가 하나의 확장공간을 공유하여 같은 가상 물체와 동시에 사용할 수 있도록 하였다. 연구진은 본 기술을 사용하면 가상 물체를 직접 접촉하고 조작하는 것이 필요한 응용의 전 분야에 활용이 가능하다고 밝혔다. 예를 들면 체험형 교육, 3D 관광 안내지도, 3D 인터랙티브 광고, 가상 실감 쇼핑몰, 가상 체험전자 전시나 안내물, 장치 매뉴얼 등 다양한 분야에서 새로운 서비스를 제공할 수 있다. 또한 가상현실에서의 콘텐츠를 제어하는데 마우스 대신 맨손으로 사용할 수 있어 더욱 실감나는 물체조작 환경 구축에 응용이 가능하다. 이 연구는 미래창조과학부 ‘현실과 가상의 통합을 위한 인체감응솔루션’ 글로벌 프런티어사업의 지원으로 개발되었으며 관련기술은 국내/외 특허가 등록(각 1건)되었고 국외출원(1건), 국내 특허 출원(1건)을 마쳤다. 연구책임자인 박정민 박사는“이미 널리 보급된 입출력 장치를 사용하므로 다양한 가상현실 관련 산업을 견인하는 기술파급효과가 클 것으로 예측되며, 네트워크를 통해 연결함으로써 멀리 떨어진 곳에 있는 사람이 실제처럼 만나서 함께 일하고 재미있게 놀이할 수 있는 새로운 공간이 마련되므로 신서비스 창출에 기여할 수 있을 것”이며, “손으로 직접 조작할 수 있는 기술 개발로, 누구나 손쉽게 사용할 수 있어서 웨어러블 인터페이스에서 한걸음 나아가 가상공간환경의 다양한 어플리케이션에서 가상물체를 다루는데 손쉽게 사용할 수 있는 차세대 인터페이스로 자리매김할 수 있을 것”이라고 연구의의를 밝혔다. <그림자료> 그림 1. 평면 입체 디스플레이와 카메라형 센서 간의 정합 가상공간을 나타내기 위해서는 출력장치가 필요하고 가상공간과 상호작용하기 위하여 사용자의 모습을 감지하는 입력장치가 필요하다. 본 개발에서는 출력장치로 평면입체 디스플레이를 사용하였으며, 가상공간의 범위(좌, 우)를 넓히기 위하여 예를 들면 위의 그림과 같이 좌측, 아래측으로 연결하여 구성하였다. 사용자의 모습을 감지하기 위한 센서로 깊이카메라(RGB-D)를 사용하였다. 두 종류의 입출력장치는 모두 사용자를 향하여 놓임으로 디스플레이가 제시하는 정보를 입력장치인 깊이카메라는 관측할 수 없다. 따라서 공간의 어느 부분에서 어떤 가상 물체를 조작하는지 알 수 없기때문에 디스플레이의 정보를 센서에서의 정보로 직접적인 변환하는 것이 불가능하다. 따라서 다수의 디스플레이와 다수의 센서를 통합된 하나의 좌표계에서 표시하는 기술이 필요하다. 그림 2. 다수 평면입체 디스플레이와 다수 카메라형 센서간의 정합 방법 개발 디스플레이의 영상을 센서가 볼 수 없으므로 거울을 이용하여 가시성을 확보하고 좌표계를 통합 표현하기 위하여 다수 센서-디스플레이 사이의 통합 비선형 최적화 방법을 고안하였다. 그림 3. 다수 센서와 다수 디스플레이를 이용한 몰입형 가상현실 다수의 디스플레이를 통해 출력되는 입체 가상공간과 다수의 센서로 감지되는 현실공간을 하나로 통합함으로써 다수 디스플레이를 통해 사용자에게 넓은 가상공간 영역에서 가상 물체를 현실과 같이 직접 조작할 수 있음을 보인다. 본 기술을 통해 현실공간과 가상공간이 잘 대응되어 있어서 공간 상에서 정밀한 제어가 필요한 젱가블럭놀이를 맨손으로 가상공간에서 실감나게 할 수 있음을 보인다.

손으로 느끼고 조작하는 실감나는 가상현실이 온다 - 카메라형 센서로 가상현실과 실제 공간을 일치시켜 여러 사용자간 확장공간 공유 및 상호작용 - 보급형 평면 입체 디스플레이 환경에서 입체가상물체를 실제 물체처럼 보고 맨손으로 조작 서로 멀리 떨어진 곳에 있는 사람들이 하나의 가상공간에서 가상물체를 실제처럼 보고 손으로 직접 조작할 수 있는 기술이 국내연구진에 의해 개발되었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 로봇연구단 박정민 박사팀은 가상공간과 실제 공간간의 차이가 5mm로 몰입감이 우수한 가상현실공간을 개발했다. 이는 세계 최고수준으로 알려진 기존 기술의 공간 차이가 10mm 였던 것을 대폭 개선한 것으로 한층 더 높은 몰임감으로 현실처럼 가상물체를 조작할 수 있게 되었다. 보편적으로 사용되는 평면 입체 디스플레이를 이용함으로써 다양한 가상현실공간의 응용에 손쉽게 사용할 수 있으므로 기술활용도가 매우 높을 것으로 기대되며, 가상물체를 실제 물체처럼 직접 손으로 조작(잡기, 들기, 움직이기 등)하는 기술은 훈련 및 교육 어플리케이션이나 의료용 시뮬레이터 등 다양한 응용분야에서 직관적인 사용자 인터페이스로 활용될 것으로 기대된다. 현실에 있는 사용자가 가상공간의 물체를 현실과 동일한 수준의 몰입감으로 조작하기 위해서는 현실공간과 가상공간을 통합하는 기술이 필요하다. 현실공간과 가상공간을 하나로 통합하는 기술은, 사용자가 영상을 보는 평면 입체 디스플레이와, 사용자간의 상호작용을 위하여 사용자움직임을 감지하는 카메라형 센서의 위치를 추정하는 기술이 핵심이다. 연구진은 거울을 이용해 디스플레이를 비추는 영상을 얻고 각각의 센서-디스플레이 쌍에 대해서 거울을 이용한 센서변수 및 자세를 추정해 현실공간과 가상공간이 일치하는 정합결과를 얻는 기술을 개발했다. 특수한 장치로 고안된 가상공간과 현실공간을 통합하는 예는 기존에 있었으나, 특정한 입출력장치로 구성된 시스템에서 제한된 공간에서만 사용할 수 있는 한계가 있었다. 때문에 가정과 산업현장에서 보편적으로 사용하기 어려웠다. 반면, 평면 입체 디스플레이와 RGBD 센서인 키넥트(Kinect)를 사용, 색상(color)과 깊이(depth)를 이용하는 본 기술은 가상공간 구성 비용이 저렴하고 보급형 출력장치인 3D TV와 같은 평면입체디스플레이를 사용하므로 손쉽게 몰입형 가상공간을 구축할 수 있는 장점이 있다. 또한, 현실처럼 가상공간에서 상호작용이 가능하고 몰입감이 뛰어나 산업용으로나, 일반 사용자용 및 다양한 새로운 서비스 창출이 가능할 것으로 예상된다. 개발한 기술은 네트워크를 통해 여러 사용자가 하나의 확장공간을 공유하여 같은 가상 물체와 동시에 사용할 수 있도록 하였다. 연구진은 본 기술을 사용하면 가상 물체를 직접 접촉하고 조작하는 것이 필요한 응용의 전 분야에 활용이 가능하다고 밝혔다. 예를 들면 체험형 교육, 3D 관광 안내지도, 3D 인터랙티브 광고, 가상 실감 쇼핑몰, 가상 체험전자 전시나 안내물, 장치 매뉴얼 등 다양한 분야에서 새로운 서비스를 제공할 수 있다. 또한 가상현실에서의 콘텐츠를 제어하는데 마우스 대신 맨손으로 사용할 수 있어 더욱 실감나는 물체조작 환경 구축에 응용이 가능하다. 이 연구는 미래창조과학부 ‘현실과 가상의 통합을 위한 인체감응솔루션’ 글로벌 프런티어사업의 지원으로 개발되었으며 관련기술은 국내/외 특허가 등록(각 1건)되었고 국외출원(1건), 국내 특허 출원(1건)을 마쳤다. 연구책임자인 박정민 박사는“이미 널리 보급된 입출력 장치를 사용하므로 다양한 가상현실 관련 산업을 견인하는 기술파급효과가 클 것으로 예측되며, 네트워크를 통해 연결함으로써 멀리 떨어진 곳에 있는 사람이 실제처럼 만나서 함께 일하고 재미있게 놀이할 수 있는 새로운 공간이 마련되므로 신서비스 창출에 기여할 수 있을 것”이며, “손으로 직접 조작할 수 있는 기술 개발로, 누구나 손쉽게 사용할 수 있어서 웨어러블 인터페이스에서 한걸음 나아가 가상공간환경의 다양한 어플리케이션에서 가상물체를 다루는데 손쉽게 사용할 수 있는 차세대 인터페이스로 자리매김할 수 있을 것”이라고 연구의의를 밝혔다. <그림자료> 그림 1. 평면 입체 디스플레이와 카메라형 센서 간의 정합 가상공간을 나타내기 위해서는 출력장치가 필요하고 가상공간과 상호작용하기 위하여 사용자의 모습을 감지하는 입력장치가 필요하다. 본 개발에서는 출력장치로 평면입체 디스플레이를 사용하였으며, 가상공간의 범위(좌, 우)를 넓히기 위하여 예를 들면 위의 그림과 같이 좌측, 아래측으로 연결하여 구성하였다. 사용자의 모습을 감지하기 위한 센서로 깊이카메라(RGB-D)를 사용하였다. 두 종류의 입출력장치는 모두 사용자를 향하여 놓임으로 디스플레이가 제시하는 정보를 입력장치인 깊이카메라는 관측할 수 없다. 따라서 공간의 어느 부분에서 어떤 가상 물체를 조작하는지 알 수 없기때문에 디스플레이의 정보를 센서에서의 정보로 직접적인 변환하는 것이 불가능하다. 따라서 다수의 디스플레이와 다수의 센서를 통합된 하나의 좌표계에서 표시하는 기술이 필요하다. 그림 2. 다수 평면입체 디스플레이와 다수 카메라형 센서간의 정합 방법 개발 디스플레이의 영상을 센서가 볼 수 없으므로 거울을 이용하여 가시성을 확보하고 좌표계를 통합 표현하기 위하여 다수 센서-디스플레이 사이의 통합 비선형 최적화 방법을 고안하였다. 그림 3. 다수 센서와 다수 디스플레이를 이용한 몰입형 가상현실 다수의 디스플레이를 통해 출력되는 입체 가상공간과 다수의 센서로 감지되는 현실공간을 하나로 통합함으로써 다수 디스플레이를 통해 사용자에게 넓은 가상공간 영역에서 가상 물체를 현실과 같이 직접 조작할 수 있음을 보인다. 본 기술을 통해 현실공간과 가상공간이 잘 대응되어 있어서 공간 상에서 정밀한 제어가 필요한 젱가블럭놀이를 맨손으로 가상공간에서 실감나게 할 수 있음을 보인다.