SF영화 ‘아이언맨’ 장면이 현실로…손동작으로 홀로그램 조작한다

포항공과대 노준석·김영기 교수 연구팀 개발 주도

압력감응형 액정 기반 광변조기를 이용해 가벼운 손가락 터치만으로 매우 빠르게 홀로그램 이미지를 바꿀 수 있다/사진=포항공대 노준석 교수

SF(공상과학)영화 ‘아이언맨’의 주인공 토니 스타크는 손동작만으로 홀로그램 이미지를 자유자재로 움직이면서 아이언맨 슈트를 만든다. 이 같은 장면을 현실로 구현할 새로운 기술이 나왔다.

한국연구재단은 포항공대 노준석·김영기 교수 연구팀이 꿈의 소재로 불리는 메타물질에 액정기술을 접목, 외부자극에 반응하는 ‘초소형 홀로그램 장치’ 개발에 성공했다고 11일 밝혔다. .

메타물질은 자연에 존재하지 않는 인공물질로 투명망토, 슈퍼렌즈, 음굴절 장치 등 새로운 광학기능을 구현할 수 있다.

최근 머리카락 두께의 1000분의1 수준의 초박막·초경량·초소형 광학소자인 메타표면을 이용해 3차원(D) 홀로그래픽 디스플레이, 증강· 가상현실(AR·VR), 혼합현실(MX) 등 미래형 디스플레이를 구현하려는 연구가 활발하다.

하지만 기존 메타표면을 이용한 장치는 한번 소자를 제작하면 그 광학적 특성을 바꿀 수 없어, 처음 프로그래밍된 하나의 이미지만을 공간에 구현하는 데 그쳤다.

이에 연구팀은 외부 자극에 반응해 광학적 특성을 쉽게 바꿀 수 있는 액정을 메타물질에 접목했다. 메타표면에 특별하게 고안된 액정 기반 광변조기를 결합, 액정 셀의 재료, 셀 두께 및 액정 초기 배열 등 디자인에 따라 손가락 터치, 전압, 열과 같은 다양한 외부 자극에 반응하도록 한 것.

액정 기반 광변조기와 메타표면이 결합된 가변형 초소형 홀로그램 장치 모식도. 외부 자극에 따라 액정 분자 배열이 달라지며, 광변조기를 투과하는 빛의 편광 상태를 조절할 수 있다. 이에 따라 공간 상에 생성되는 홀로그램 이미지가 전환될 수 있다/사진=포항공대 노준석 교수

연구팀에 따르면 실제 전압에 반응하도록 고안된 액정을 접목한 경우 0.8V 또는 1V에 전압을 걸어주면, 수 밀리초 이내(1밀리초=0.001초)로 홀로그램 이미지를 빠르게 변환할 수 있었다.

또 온도에 반응하는 액정을 접목한 장치는 47도 이상이 되면 홀로그램 이미지가 스위칭 됐다.


터치에 반응하도록 디자인된 장치는 10kPa에서 0.01MPa 사이의 가벼운 손가락 터치만으로도 홀로그램 이미지를 빠르게 바꿀 수 있었다.

특히, 450nm~700nm대 파장을 갖는 가시광선 영역에서 매우 선명한 홀로그램 이미지를 생성했다.

연구팀은 앞으로 이 장치를 미생물이나 화학물질을 검출하는 센서에 접목하기 위한 연구를 지속할 계획이다.

노 교수는 “이번에 개발한 초소형 홀로그램 장치는 고화질 홀로그래픽 비디오 재생 광학 소자, 온도감응형 홀로그램 센서, 미래형 인터랙티브·햅틱 홀로그램 기술을 앞당길 실마리가 될 것”이라고 말했다. 이번 연구 성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈’에 게재됐다.